Partial carbon oxidation by iron-limited marine bacteria reshapes oceanic CO2 cycling
यह अध्ययन प्रकट करता है कि समुद्री बैक्टीरिया में लोहे की कमी ग्लाइऑक्सिलेट शंट (glyoxylate shunt) के माध्यम से आंशिक कार्बन ऑक्सीकरण को बढ़ावा देती है, जिससे ऑक्सीजन की खपत और CO2 के उत्पादन के बीच का संबंध टूट जाता है और इस प्रकार वायुमंडलीय CO2 को अवशोषित करने की महासागर की क्षमता में महत्वपूर्ण वृद्धि होती है।
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महासागर एक विशाल, सांस लेता हुआ इंजन है जो पृथ्वी की जलवायु को नियंत्रित करने में मदद करता है। हर साल, फाइटोप्लांकटन नामक सूक्ष्म पौधे प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से हवा से कार्बन डाइऑक्साइड खींचते हैं और उसे अपने कोशिकाओं में कैद कर लेते हैं। लेकिन यह कहानी पौधों के साथ समाप्त नहीं होती। जब ये जीव मर जाते हैं या खाए जाते हैं, तो उनका कार्बन समुद्री जल में रहने वाले नन्हे बैक्टीरिया के पास पहुंच जाता है। ये बैक्टीरिया महासागर के पुनर्चक्रणकर्ता (रिसाइक्लर्स) के रूप में कार्य करते हैं, जो कार्बनिक पदार्थों को तोड़ते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड को वापस पानी में छोड़ देते हैं, जो फिर वायुमंडल में निकल सकती है। दशकों से, वैज्ञानिक यह मापकर कि बैक्टीरिया कितनी ऑक्सीजन का उपभोग करते हैं, इस बात का अनुमान लगाते रहे हैं कि ये बैक्टीरिया कितनी कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ते हैं, यह मानते हुए कि ऑक्सीजन की हर एक सांस के बदले, एक अनुमानित मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ी जाती है। यह धारणा महासागर के वैश्विक कार्बन चक्र में इसकी भूमिका को समझने का आधार रही है। हालांकि, यह सरल गणना इस विचार पर निर्भर करती है कि बैक्टीरिया हमेशा अपने भोजन को पूरी तरह से जलाते हैं, जिससे कार्बन का हर एक अंश गैस में बदल जाता है। यदि बैक्टीरिया तनाव के दौरान अपने भोजन को संसाधित करने का तरीका बदलते हैं, तो यह लंबे समय से चली आ रही गणना गलत हो सकती है, जो जलवायु की पहेली के एक महत्वपूर्ण हिस्से को छिपा सकती है।
शोधकर्ताओं के एक दल ने खोजा है कि महासागर के बैक्टीरिया हमेशा अपने भोजन को पूरी तरह से नहीं जलाते हैं, विशेष रूप से तब जब उनमें आयरन (लोहा) की कमी होती है। आयरन सभी जीवन के लिए एक महत्वपूर्ण पोषक तत्व है, लेकिन खुले महासागर के बड़े हिस्सों में, विशेष रूप से अंटार्कटिका के आसपास के दक्षिणी महासागर में, यह दुर्लभ है। प्रयोगशाला में प्रयोगों की एक श्रृंखला में, वैज्ञानिकों ने समुद्री बैक्टीरिया को उगाया, उन्हें चीनी खिलाई और उपलब्ध आयरन की मात्रा को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया। उन्होंने पाया कि जब बैक्टीरिया को आयरन से वंचित रखा गया, तो उनके व्यवहार में नाटकीय बदलाव आया। हालांकि वे ऑक्सीजन का उपभोग कर रहे थे, लेकिन उन्होंने उम्मीद से बहुत कम कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ी—आयरन से भरपूर बैक्टीरिया की तुलना में चार गुना तक कम। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि आयरन की कमी वाले बैक्टीरिया ने एक अलग मेटाबॉलिक पाथवे (चयापचय मार्ग) को अपनाया, जिसे 'ग्लाइऑक्सीलेट शंट' (glyoxylate shunt) कहा जाता है। यह मार्ग उन्हें कार्बन को बचाने की अनुमति देता है क्योंकि वे उन चरणों को छोड़ देते हैं जो सामान्यतः इसे गैस के रूप में छोड़ देते हैं। अपने भोजन को राख में बदलने के बजाय, वे अधिक कार्बन को थामे रखते हैं, और इसका उपयोग अपनी कोशिकाओं के निर्माण के लिए करते हैं या इसे आंशिक रूप से टूटे हुए रूप में संग्रहीत करते हैं।
शोधकर्ताओं ने इस खोज को प्रयोगशाला से वास्तविक दुनिया में ले जाकर देखा कि क्या यह वास्तव में मायने रखता है। दक्षिणी महासागर के एक अभियान के दौरान, उन्होंने आयरन-समृद्ध क्षेत्रों से लेकर आयरन-कमी वाले क्षेत्रों तक, सात अलग-अलग स्थानों से पानी के नमूने एकत्र किए। प्राकृतिक नमूनों में बैक्टीरिया द्वारा ली गई ऑक्सीजन और उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा को मापकर, उन्होंने प्रयोगशाला में देखे गए पैटर्न की पुष्टि की। आयरन-कमी वाले पानी में, बैक्टीरिया प्रति इकाई ऑक्सीजन उपयोग पर बहुत कम कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ रहे थे। डेटा ने एक स्पष्ट संबंध दिखाया: बैक्टीरिया का समुदाय जितना अधिक आयरन-तनावग्रस्त था, उतना ही अधिक वे कार्बन का संरक्षण कर रहे थे। इसका अर्थ है कि दक्षिणी महासागर के विशाल, आयरन-सीमित क्षेत्रों में, बैक्टीरिया वायुमंडल को पहले के मॉडलों के अनुमान की तुलना में बहुत कम कार्बन वापस लौटा रहे हैं। इसके बजाय, वे इसे थामे रख रहे हैं, जिससे वे पहले की समझ के मुकाबले एक अधिक मजबूत 'कार्बन सिंक' के रूप में कार्य कर रहे हैं।
इस खोज के वैश्विक प्रभाव को समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने इस नए व्यवहार को महासागर के कार्बन चक्र के एक कंप्यूटर मॉडल में डाला। उन्होंने सिम्युलेट किया कि क्या होगा यदि दक्षिणी महासागर के बैक्टीरिया अक्सर इस कार्बन-संरक्षण रणनीति का उपयोग करते हैं। परिणाम चौंकाने वाले थे। जब मॉडल ने कार्बन के इस आंशिक दहन (partial burning) को ध्यान में रखा, तो सिम्युलेटेड महासागर ने गर्मियों के महीनों के दौरान वायुमंडल से काफी अधिक कार्बन डाइऑक्साइड अवशोषित की। इस समायोजन ने मॉडल के पूर्वानुमानों को दक्षिणी महासागर में एक दीर्घकालिक निगरानी स्थल पर लिए गए वास्तविक मापों के बहुत करीब ला दिया। मॉडल पहले यह समझाने में विफल रहा था कि महासागर गर्मियों में इतनी अधिक कार्बन डाइऑक्साइड क्यों सोखता है, लेकिन बैक्टीरिया की कार्बन संरक्षित करने की क्षमता को शामिल करने से, वह विसंगति समाप्त हो गई। यह सुझाव देता है कि आयरन की उपलब्धता केवल इस बात को सीमित नहीं करती कि बैक्टीरिया कितनी तेजी से बढ़ते हैं; यह मौलिक रूप से इस बात को बदल देती है कि वे कार्बन को कैसे संसाधित करते हैं, जिससे महासागर और वायुमंडल के बीच का संतुलन बदल जाता है।
इस खोज के निहितार्थ केवल दक्षिणी महासागर तक ही सीमित नहीं हैं। जिस मेटाबॉलिक पाथवे का उपयोग बैक्टीरिया कार्बन को संरक्षित करने के लिए करते हैं, वह व्यापक है और इसे कम ऑक्सीजन के स्तर जैसे अन्य पर्यावरणीय तनावों द्वारा भी सक्रिय किया जा सकता है। इसका मतलब है कि महासागर की कार्बन को स्टोर करने की क्षमता वैज्ञानिकों की समझ से कहीं अधिक गतिशील और पर्यावरणीय स्थितियों के प्रति प्रतिक्रियाशील हो सकती है। यह पहचानकर कि बैक्टीरिया अपनी श्वसन आदतों को बदल सकते हैं, शोधकर्ता अब यह भविष्यवाणी करने के लिए बेहतर मॉडल बना सकते हैं कि महासागर बदलते जलवायु के प्रति कैसे प्रतिक्रिया देगा। यह अध्ययन इस बात पर प्रकाश डालता है कि बैक्टीरिया की सूक्ष्म दुनिया पृथ्वी के कार्बन चक्र को समझने के लिए एक शक्तिशाली कुंजी रखती है, जो यह प्रकट करती है कि कैसे सबसे छोटे जीव भी वैश्विक स्तर पर कार्बन के प्रवाह को नया आकार दे सकते हैं। जलवायु परिवर्तन के विरुद्ध एक बफर के रूप में महासागर की क्षमता काफी हद तक आयरन की आपूर्ति और इसके भीतर मौजूद अदृश्य जीवन के मेटाबॉलिक विकल्पों पर निर्भर करती है।
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