Kutatás: a felszín alatti bioszféra felfedezése

Kutatások: az IP jelentősége

A The Ecohydrology Research Group and Water Institute most a geofizika területén végzett korábbi kutatásainak eredményeinek felhasználásával szeretne olyan eszközöket kifejleszteni, melyekkel képesek lennének feltérképezni a szóban forgó föld alatti életteret. 

A laboratóriumi vizsgálatok során arra igyekeztek fényt deríteni, hogy a mikroorganizmusok milyen helyet foglalnak el a talaj és a talajvíz kémiai összetételében, a tápanyagok újrafeldolgozásában, az üvegházhatású gázok kibocsátásában és a szennyeződések tisztításában. Azonban ezek a kutatások még kezdetleges fázisban vannak, így biztos eredményeket nem tudnak felmutatni.

A cél, hogy olyan eszközöket fejlesszenek ki, melyekkel valós időben, a természetes környezetükben lesznek képesek a tudósok a mikrobiális viselkedést tanulmányozni. Geoelektromos módszerekkel, köztük az indukált polarizáció (IP) eljárásával, lehetővé válik a mikrobák változásának megfigyelése. Az IP során alacsony frekvenciájú váltóáramot alkalmaznak, a létrejövő feszültségingadozásokat pedig elektródákkal rögzítik.

Azonban az indukált polarizáció nem szelektív módszer. Ezt úgy értjük, hogy a felszín alatti környezetben való használata során óriási kihívást jelent az ásványi anyagok, a talaj organikus anyagainak az elektromos polarizáció hatására kibocsátott jelzéseinek kiszűrése. Az Ecohydrology Research Group a legmodernebb talajoszlopos kísérletek és a reaktív transzport modellezések nagy felbontású IP mérésekkel való kombinálásával azonban képes volt elkülöníteni a mikrobák által adott jeleket. Egy másik technika a spektrális indukált polarizáció (SIP), amit az injektált áram frekvenciák területén végeznek, lehetővé teszi a sejtfelszínen a milliszekundum alatt végbemenő polarizációs folyamatok követését és megfigyelését. Ehhez a módszerhez azonban szükséges a talajminta és az ex-situ, azaz természetes előhelyen kívül vizsgált analízisek megléte.

A munkálatok során nagy előrelépés történt, és a kísérleti eredmények segítenek a mikrobiális közösségek és azok funkcionalitásának valósághűbb ábrázolásában a reaktív (visszaható) transzport modellekben, sőt esetenként váratlan mikrobiális folyamatok feltárására is sor került. Például a talaj töltési tulajdonságaival összefüggésbe tudták hozni a mérgező anyagnak ideiglenesen kitett bakteriális sejtek aktív reakcióját. 

Milyen előnyünk származhat a kutatásokból?

Az IP technikák által rengeteg kérdésre választ találhatunk, ami a kémiai transzformációkat illeti. Gondolunk itt a talajban található szén lebomlására, az üvegházhatású gázok termelődésére (mint például a szén-dioxid és a metán), illetve a szennyeződött részek bioremeditációjára, ami azok természetes módon történő helyreállását jelenti. 

Viszont, hiába ez a sok eredmény, még mindig csak a feltárható információk felszínét súrolják. Így a csoport tovább folytatja a laboratóriumi vizsgálatokat, miközben dolgoznak az eredmények alkalmazásához szükséges valós színtér kialakításán. Tervben van, hogy az eddig eredetileg talajbaktériumok szaporodásának ellenőrzésére használt SIP módszert más fajlagos felületi töltést hordozó anyagokon is alkalmazzák. Ezzel ugyanis új, talajjavító stratégiákat tudnának kialakítani, valamint egyéb lehetséges jövőbeli felhasználások közé tartozik a felszín alatti mikrobiális közösségek fiziológiai, élettani változásainak megfigyelése az új szennyező anyagok, mint például a nanoméretű műanyagok vagy az antimikrobiális és vírusos szerek hatására.

Összegezve tehát az IP fejlesztése segítheti majd a mikrobiális közösségek különböző ingerekre kiváltott reakcióinak és viselkedéseinek nyomon követését, ezzel lehetővé téve a felszín alatti bioszféráról való pontosabb kép kialakítását, és az ott lezajló folyamatok alaposabb feltérképezését.