Os hidrocarbonetos desempenham papéis importantes na atmosfera e na biogeoquímica, a economia de energia, e mudanças climáticas. A maioria dos hidrocarbonetos se forma em ambientes anaeróbicos por meio de alta temperatura ou decomposição microbiana de matéria orgânica. Os microrganismos também podem "comer" hidrocarbonetos no subsolo, impedindo-os de alcançar a atmosfera. Usando uma nova técnica desenvolvida no Earth-Life Science Institute (ELSI), uma equipe internacional liderada pelos professores do Instituto de Tecnologia de Tóquio Alexis Gilbert, Naohiro Yoshida e Yuichiro Ueno mostram que a degradação biológica de hidrocarbonetos dá uma assinatura biológica única. Essas descobertas podem ajudar a detectar a biologia do subsolo e entender o ciclo do carbono e seu impacto no clima.

A humanidade explora os vastos reservatórios de hidrocarbonetos da Terra como uma de suas principais fontes de energia. As formas como o carbono é fixado e processado durante a formação desses reservatórios têm consequências importantes para a exploração dos recursos. Além disso, a liberação de hidrocarbonetos dos reservatórios subterrâneos da Terra pode ter implicações importantes no clima da Terra, já que hidrocarbonetos leves como o metano são potentes gases de efeito estufa. Os cientistas gostariam de compreender o papel potencialmente importante que a enorme biosfera subterrânea da Terra pode desempenhar no comportamento de reservatórios de hidrocarbonetos profundos. A data, tem sido difícil estimar quantos hidrocarbonetos foram afetados por microrganismos de subsuperfície.

Gilbert e seus colegas de trabalho superaram essa dificuldade usando um novo método desenvolvido no ELSI que permite a medição de relações de isótopos de carbono estáveis ​​específicas de posição. Os hidrocarbonetos são principalmente cadeias longas de átomos de carbono ligados a átomos de hidrogênio, mas o carbono tem dois isótopos naturalmente abundantes (tipos de átomos de carbono com diferentes números de nêutrons, e, portanto, diferentes massas, que pode ser medido), carbono-12 ( ¹² C) e carbono-13 ( ¹³ C). Devido às formas como os organismos formam as moléculas que, em última análise, se tornam hidrocarbonetos ambientais, a proporção de ¹² C / ¹³ C para cada posição específica do átomo de carbono em um hidrocarboneto pode ser único. A pesquisa aqui se concentrou no propano, uma molécula de hidrocarboneto de gás natural contendo três átomos de carbono.

Os pesquisadores forneceram propano a microorganismos em laboratório para medir a concentração específica ¹² C / ¹³ A assinatura C produziu esses organismos, e mediu as mudanças não biológicas que ocorreram quando o propano é decomposto em altas temperaturas, um processo conhecido como "cracking". Eles então usaram essas medições de linha de base para interpretar as amostras de gás natural dos EUA, Canadá e Austrália, permitindo-lhes detectar a presença de microrganismos usando propano como "alimento" em reservatórios de gás natural, e quantificar a quantidade de hidrocarbonetos ingeridos por microrganismos. "Quando comecei a analisar amostras dos experimentos de simulação bacteriana, eles combinaram perfeitamente com o que observamos em campo, sugerindo a presença de bactérias degradadoras de propano nos reservatórios de gás natural, "Gilbert notou. Assim, este estudo revelou a presença de microrganismos que seriam difíceis de detectar usando métodos convencionais, e abre uma nova janela para a compreensão do ciclo global de hidrocarbonetos.

"Eu estava particularmente interessado em decifrar processos biológicos de não biológicos relacionados a moléculas orgânicas. Esta questão tem implicações para a origem da vida, para detecção de vida no Universo, mas também para a nossa compreensão da biosfera e sua evolução na Terra, "diz Gilbert. Este estudo também tem implicações importantes com a mudança climática global, já que o propano e outros hidrocarbonetos são gases de efeito estufa e poluentes. Embora a equipe não tenha tentado quantificar quantos hidrocarbonetos estão sendo "comidos" por microorganismos em escala global, eles acreditam que sua abordagem permitirá tal quantificação em um futuro próximo, e sugerir que isso beneficiará os modelos com o objetivo de quantificar o ciclo global de hidrocarbonetos.

Finalmente, Gilbert acrescenta, no futuro, esse tipo de abordagem pode ser útil para a detecção de vida em corpos extraterrestres, como outros planetas ou luas em nosso sistema solar. Embora sua máquina atual seja muito grande para ser enviada ao espaço, suas técnicas poderiam ser aplicadas a amostras trazidas de volta à Terra, ou seu instrumento pode ser miniaturizado.