Oljeutsläppet Deepwater Horizon i Mexikanska golfen 2010 är ett av de mest studerade utsläppen i historien, men forskare har inte kommit överens om mikrobernas roll när det gäller att äta upp oljan. Nu har ett forskargrupp vid Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) identifierat alla de viktigaste oljedbrytande bakterierna samt deras mekanismer för att tugga upp de många olika komponenterna som utgör den frigjorda råoljan.

Laget, ledd av Berkeley Labs mikrobiella ekolog Gary Andersen, är den första som simulerar de förhållanden som inträffade i efterdyningarna av utsläppet. Deras studie, "Simulering av Deepwater Horizon oljeplum avslöjar substratspecialisering inom ett komplext samhälle av kolväte-nedbrytare, " publicerades precis i Förfaranden från National Academy of Sciences .

"Detta ger den mest fullständiga redogörelsen för vad som hände i kolväteplommorna i djuphavet under evenemanget, sa Andersen. Berkeley Labs Ping Hu, huvudförfattaren till studien, tillade:"Vi simulerade förhållandena för oljeutsläppet i Mexikanska golfen i labbet och kunde förstå mekanismerna för oljenedbrytning från alla de viktigaste oljenedbrytande bakterierna som observerades i det ursprungliga oljeutsläppet."

Detta oljeutsläpp var det största i historien, med utsläpp av 4,1 miljoner fat råolja samt stora mängder naturgas från en mil under havets yta. Efter den första explosionen och fritt utsläpp av olja, forskare observerade ett fenomen som inte hade setts tidigare:Mer än 40 procent av oljan, kombinerat med ett infört kemiskt dispergeringsmedel, hölls kvar i en fjäder nästan 100 mil lång på detta stora djup.

Men på grund av svårigheten att samla in prover från så långt under havsytan, och på grund av det stora området som påverkades av utsläppet, ett antal luckor i att förstå oljens öde över tiden kvarstod.

Upptäckten av en ny bakterie

Andersen och hans team återvände till spillplatsen fyra år senare för att samla vatten på djupet. Med hjälp av medförfattare Piero Gardinali från Florida International University och Ron Atlas från University of Louisville, en suspension av små, olösliga oljedroppar var jämnt fördelade i flaskor, tillsammans med de mer lösliga oljefraktionerna och kemiskt dispergeringsmedel för att efterlikna förhållandena för oljeplymen. Under de följande 64 dagarna studerades sammansättningen av mikroberna och råoljan intensivt.

Forskarna bevittnade en initial snabb tillväxt av en mikrob som tidigare hade observerats vara den dominerande bakterien i de tidiga stadierna av oljeutsläppet men som hade undvikit efterföljande försök från andra att återskapa förhållandena i Mexikanska golfens oljeplym.

Genom DNA-sekvensering av dess genom kunde de identifiera dess mekanism för nedbrytning av olja. De gav denna nyupptäckta bakterie det preliminära namnet Bermanella macondoprimitus baserat på dess relation till andra djuphavsmikrober och platsen där den upptäcktes.

"Vår studie visade vikten av att använda dispergeringsmedel för att producera neutralt flytande, små oljedroppar, som hindrade mycket av oljan från att nå havsytan, ", sade Andersen. "Naturligt förekommande mikrober på detta djup är högst specialiserade på att odla genom att använda specifika komponenter i oljan för sin matkälla. Så oljedropparna gav en stor ytarea för mikroberna att tugga upp oljan. "

Arbetar med Berkeley Lab -forskaren Jill Banfield, en studie medförfattare och även professor vid UC Berkeleys institution för jord- och planetvetenskap, teamet använde nyutvecklade DNA-baserade metoder för att identifiera alla genom från mikroberna som använde den introducerade oljan för tillväxt tillsammans med deras specifika gener som var ansvariga för oljenedbrytning. Många av de bakterier som identifierades liknade oljenedbrytande bakterier som finns på havsytan men hade avsevärt strömlinjeformade uppsättningar av gener för oljenedbrytning.

Fyller i luckorna

Tidigt arbete med mikrobiell aktivitet efter oljeutsläppet leddes av Berkeley Labs Terry Hazen (nu främst knuten till University of Tennessee), som gav de första uppgifterna någonsin om mikrobiell aktivitet från en djupvattenspridd oljeplym.

Medan Hazens arbete avslöjade en mängd olika kolvätenedbrytare, denna senaste studie identifierade de mekanismer som bakterierna använde för att bryta ned olja och förhållandet mellan dessa organismer som är involverade i utsläppet och tidigare karakteriserade kolvätenedbrytande organismer.

"Vi har nu förmågan att identifiera de specifika organismer som naturligt skulle bryta ned oljan om utsläpp inträffade i andra regioner och att beräkna hastigheten för oljenedbrytningen för att ta reda på hur lång tid det skulle ta att konsumera den utspillda oljan på djupet, "Sa Andersen.

Konsekvenser för framtida spill

Andersen noterade att det inte är klart om nedbrytningen av olja på dessa djup skulle ha skett i andra oljeproducerande områden till havs. "Mexikanska golfen är hem för en av de största koncentrationerna av kolväte under vattnet, och det har spekulerats i att detta hjälpte till vid valet av oljenedbrytande mikrober som observerades i undervattensplymer, " han sa.

Även om brunnen som borrades av riggen Deepwater Horizon var en av de djupaste i sin tid, ny oljeprospektering utanför Brasilien, Uruguay, och Indien har nu överskridit 2 miles under havsytan. Genom att fånga upp vatten från dessa områden och utsätta dem för samma test, det kan vara möjligt att i framtiden förstå konsekvenserna av en okontrollerad utsläpp av olja i dessa områden mer detaljerat.

"Vårt största hopp skulle vara att det inte skulle ske några oljeutsläpp i framtiden, "Men att ha förmågan att manipulera förhållanden i laboratoriet kan potentiellt tillåta oss att utveckla nya insikter för att mildra deras påverkan."