Новый род бактерий, обитающих в скважинах с гидроразрывом пласта: Frackibacter — один из десятков микробов, образующих там устойчивые экосистемы, как показывают исследования.

Исследователи из Университета штата Огайо и их коллеги сообщают в онлайн-выпуске журнала Nature Microbiology за 5 сентября, что новый род является одним из 31 представителя микроорганизмов, обитающих в двух отдельных скважинах с гидроразрывом.Исследователи обнаружили, что несмотря на то, что скважины находились на расстоянии сотен миль друг от друга и пробурены в разных сланцевых пластах, микробные сообщества внутри них были почти идентичны.Почти все обнаруженные ими микробы были замечены где-то раньше, и многие из них, вероятно, пришли из поверхностных водоемов, которые энергетические компании используют для заполнения колодцев.

Но это не относится к недавно идентифицированному Candidatus Frackibacter, который может быть уникальным для участков гидроразрыва пласта, сказала Келли Райтон, доцент кафедры микробиологии и биофизики в штате Огайо.В биологической номенклатуре «Candidatus» указывает на то, что новый организм изучается впервые с использованием геномного подхода, а не изолированный организм в лабораторной культуре.

Исследователи решили назвать род «Frackibacter», чтобы сыграть на слове «гидроразрыв», сокращенное от «гидравлического разрыва пласта».Candidatus Frackibacter процветал вместе с микробами, пришедшими с поверхности, образуя сообщества в обоих колодцах, которые до сих пор существовали почти год.«Мы думаем, что микробы в каждой лунке могут образовывать самоподдерживающуюся экосистему, где они являются собственными источниками пищи», — пояснил Райтон. «Бурение скважины и закачка жидкости для гидроразрыва создает экосистему, но микробы адаптируются к новой среде, чтобы поддерживать систему в течение длительного времени».Путем отбора проб жидкостей, взятых из двух скважин в течение 328 дней, исследователи реконструировали геномы бактерий и архей, живущих в сланцах.

К удивлению исследователей, в обеих скважинах — одной пробуренной в сланце Ютика, а другой — в сланце Марцеллус, образовались почти идентичные микробные сообщества.Кроме того, каждая из двух скважин принадлежит разным энергетическим компаниям, которые использовали разные методы гидроразрыва пласта. Два типа сланцев существуют на глубине более полутора миль под землей, образовались на расстоянии миллионов лет друг от друга и содержали различные формы ископаемого топлива.

Тем не менее, одна бактерия, Halanaerobium, появилась, чтобы доминировать над сообществами в обеих скважинах.«Мы думали, что можем получить некоторые из тех же типов бактерий, но уровень сходства был настолько высоким, что был поразительным. Это говорит о том, что все, что происходит в этих экосистемах, больше зависит от трещиноватости, чем от присущих сланцам различий», — сказал Райтон. сказал.

Райтон и ее команда до сих пор не уверены на 100 процентов в происхождении микробов. Некоторые почти наверняка пришли из прудов, которые снабжают водой колодцы, сказала она.

Но до начала бурения в породе могли жить другие бактерии и археи, в том числе Candidatus Frackibacter.«Сланцевые энергетические компании обычно формулируют свои собственные рецепты для жидкости, которую они закачивают в скважины для разрушения породы и выделения нефти или газа», — пояснила Ребекка Дейли, научный сотрудник по микробиологии в штате Огайо и ведущий автор статьи о микробиологии природы.

Все они начинают с воды и добавляют другие химические вещества. Как только жидкость попадает в колодец, соль из сланца вымывается в него, делая его соленым.Микроорганизмы, живущие в сланцах, должны выдерживать высокие температуры, давление и соленость, но это исследование предполагает, что соленость, вероятно, является наиболее важным фактором, влияющим на выживание микробов. Соленость заставляет микробы синтезировать органические соединения, называемые осмопротекторами, чтобы не взорваться.

Когда клетки умирают, осмопротекторы попадают в воду, где другие микробы могут использовать их для защиты или съесть в пищу. Таким образом, засоление вынудило микробы стать устойчивым источником пищи.

Помимо физических ограничений в окружающей среде, микробы также должны защищать себя от вирусов. Исследователи реконструировали геномы вирусов, живущих в колодцах, и обнаружили генетические доказательства того, что некоторые бактерии действительно становились жертвами вирусов, умирали и выделяли в воду осмопротекторы.

Изучая геномы различных микробов, исследователи обнаружили, что осмопротекторы поедаются Halanaerobium и Candidatus Frackibacter. В свою очередь, эти бактерии обеспечивали пищу другим микробам, называемым метаногенами, которые в конечном итоге производили метан.Чтобы подтвердить свои выводы в полевых условиях, исследователи вырастили тех же микробов в лаборатории в аналогичных условиях.

Выращенные в лаборатории микробы также производили осмопротекторы, которые превращались в метан — подтверждение того, что исследователи находятся на правильном пути к пониманию того, что происходит внутри колодцев.Одним из выводов исследования является то, что метан, производимый микробами, живущими в сланцевых скважинах, может, возможно, дополнить выработку энергии скважинами.Райтон и Дейли описали количество метана, производимого микробами, как вероятно незначительное по сравнению с количеством нефти и газа, собранных из сланца даже через год после первоначального гидроразрыва пласта.

Но, как они отмечают, в смежной отрасли, в сфере добычи метана из угольных пластов, есть прецедент, когда микробы используются с большей пользой.«В системах угольных пластов они показали, что они могут способствовать развитию микробов и увеличивать выход метана», — сказал Райтон. «По мере того, как система со временем становится менее продуктивной, вклад биогенного метана в сланцевых скважинах может стать значительно выше.

Мы еще не дошли до этого момента, но это возможно».Тем временем в исследовании, возглавляемом соавтором Майклом Уилкинсом, доцентом кафедры наук о Земле и микробиологии, информация о геноме использовалась для выращивания Candidatus Frackibacter в лаборатории и проводится дальнейшая проверка его способности выдерживать высокое давление и соленость.

Новости со всего мира