Los hidrocarburos juegan un papel clave en la biogeoquímica atmosférica y, la economía energética, y cambio climático. La mayoría de los hidrocarburos se forman en ambientes anaeróbicos a través de la descomposición microbiana o de alta temperatura de la materia orgánica. Los microorganismos también pueden "comer" hidrocarburos bajo tierra, impidiendo que lleguen a la atmósfera. Usando una nueva técnica desarrollada en el Earth-Life Science Institute (ELSI), un equipo internacional liderado por los profesores del Instituto de Tecnología de Tokio Alexis Gilbert, Naohiro Yoshida y Yuichiro Ueno muestran que la degradación biológica de los hidrocarburos proporciona una firma biológica única. Estos hallazgos podrían ayudar a detectar la biología del subsuelo y comprender el ciclo del carbono y su impacto en el clima.

La humanidad explota las vastas reservas de hidrocarburos de la Tierra como una de sus principales fuentes de energía. Las formas en que se fija y procesa el carbono durante la formación de estos reservorios tienen importantes consecuencias para la exploración de recursos. Además, la liberación de hidrocarburos de los reservorios subterráneos de la Tierra puede tener importantes implicaciones en el clima de la Tierra, ya que los hidrocarburos ligeros como el metano son potentes gases de efecto invernadero. A los científicos les gustaría comprender el papel potencialmente importante que podría desempeñar la enorme biosfera subterránea de la Tierra en el comportamiento de los depósitos de hidrocarburos profundos. Hasta la fecha, Ha sido difícil estimar cuántos hidrocarburos se han visto afectados por los microorganismos del subsuelo.

Gilbert y sus colaboradores superaron esta dificultad mediante el uso de un nuevo método desarrollado en ELSI que permite la medición de proporciones de isótopos de carbono estables específicos de la posición. Los hidrocarburos son en su mayoría largas cadenas de átomos de carbono unidos a átomos de hidrógeno, pero el carbono tiene dos isótopos abundantes naturalmente (tipos de átomos de carbono con diferentes números de neutrones, y así diferentes masas, que se puede medir), carbono-12 ( ¹² C) y carbono-13 ( ¹³ C). Debido a las formas en que los organismos forman las moléculas que finalmente se convierten en hidrocarburos ambientales, la relación de ¹² C/ ¹³ C para cada posición específica de un átomo de carbono en un hidrocarburo puede ser único. La investigación aquí se centró en el propano, una molécula de hidrocarburo de gas natural que contiene tres átomos de carbono.

Los investigadores alimentaron con propano a los microorganismos en el laboratorio para medir el ¹² C/ ¹³ La firma C produjo estos organismos, y midió los cambios no biológicos que ocurrieron cuando el propano se descompone a altas temperaturas, un proceso conocido como "craqueo". Luego utilizaron estas mediciones de referencia para interpretar muestras de gas natural de EE. UU., Canadá y Australia, permitiéndoles detectar la presencia de microorganismos utilizando propano como "alimento" en depósitos de gas natural, y cuantificar la cantidad de hidrocarburos ingeridos por microorganismos. "Cuando comencé a analizar muestras de los experimentos de simulación bacteriana, coincidían perfectamente con lo que observamos en el campo, sugiriendo la presencia de bacterias que degradan el propano en los reservorios de gas natural, "Gilbert señaló. Por lo tanto, este estudio reveló la presencia de microorganismos que hubieran sido difíciles de detectar con métodos convencionales, y abre una nueva ventana para comprender el ciclo global de los hidrocarburos.

"Estaba particularmente interesado en descifrar los procesos biológicos de los no biológicos relacionados con las moléculas orgánicas. Esta pregunta tiene implicaciones para el origen de la vida, para la detección de vida en el Universo, sino también para nuestra comprensión de la biosfera y su evolución en la Tierra, ", dice Gilbert. Este estudio también tiene importantes implicaciones con el cambio climático global, como el propano y otros hidrocarburos son gases de efecto invernadero y contaminantes. Aunque el equipo no intentó cuantificar la cantidad de hidrocarburos que están "consumiendo" los microorganismos a escala mundial, creen que su enfoque permitirá dicha cuantificación en un futuro próximo, y sugieren que esto beneficiará a los modelos que tienen como objetivo cuantificar el ciclo global de hidrocarburos.

Finalmente, Gilbert agrega, En el futuro, este tipo de enfoque puede ser útil para la detección de vida en cuerpos extraterrestres como otros planetas o lunas de nuestro sistema solar. Aunque su máquina actual es demasiado grande para enviarla al espacio, sus técnicas podrían aplicarse a muestras traídas a la Tierra, o su instrumento podría miniaturizarse.