At Royal NIOZ, much research is done on so-called marine lipid biomarkers, tracers that are left behind by micro-organisms like marine bacteria and archaea, and are important indicators for climate research: they tell the scientists for example how much greenhouse gases like CO2 or methane are stored in ocean sediments or how much is released by hydrocarbon seepage into the water column and subsequently, into the atmosphere.

Terrestrial gas seeps on Sicily
To mitigate global warming, it is crucial to better understand both the sources and sinks of greenhouse gases in the oceans and on land. Rising methane concentrations come from natural sources like gas seeps, however, much larger amounts are emitted by industry and escape from methane stores in melting permafrost. During her PhD research at NIOZ and Utrecht University, organic geochemist Nadine Smit focused on the part of the carbon cycle that is situated on land.

“On land”, Smit says, “soils are one of the biggest microbial sinks for atmospheric methane, but only a few unambiguous biomarkers are known that can help us trace methane-consuming bacteria in terrestrial environments with a lot of oxygen.”

Smit collected soil samples of the different terrestrial gas seeps like an Everlasting Fire on the Mediterranean island Sicily. “At these sites, much greenhouse gas is emitted, increasing the activity of bacteria that feed on the strong greenhouse gases methane and ethane. My samples provide insight into the gradient of microbes away from the methane source.”

Several new biomarkers
Smit found new biomarkers for several different types of methane- consuming and, surprisingly also ethane-consuming, bacteria. “In the Everlasting Fire, we found so-called mycobacteria, which are related to tuberculosis bacteria, and which have never before been related to these kinds of gas seeps. According to my analyses, they are most probably living on ethane that is emitted from the natural gas seep.”

During the coming years, the stability of the new biomarkers has to be determined. Smit: “If they indeed turn out to be stable, they will offer a new method to analyze the land-dwelling micro-organisms that consumed methane and ethane now and in the geological past.” This would enable researchers to predict the possible consequences of higher future concentrations of greenhouse gas for life on Earth.

In gasbronnen op Sicilië vond Nadine Smit nieuwe bacteriën die leven van de broeikasgassen methaan en ethaan. In gas seeps on Sicily, Nadine Smit found new bacteria that live on the greenhouse gases methane and ethane.

Promovenda levert methode om methaanuitstoot op land vast te stellen

Onderzoeker Nadine Smit van het zeeonderzoeksinstituut NIOZ ontdekte nieuwe stofjes om de aanwezigheid van bacteriën te onderzoeken die op land leven van broeikasgassen. De kennis over methaanuitstoot en de gevolgen daarvan in het geologische verleden is hard nodig om de mogelijke gevolgen te voorspellen van hogere concentraties broeikasgas op het leven op aarde in de toekomst. Op vrijdag 27 augustus promoveert Smit hierop aan de Universiteit Utrecht.

Bij het NIOZ gebeurt veel onderzoek aan zogeheten mariene lipide biomarkers, sporen die in zee levende micro-organismen zoals bepaalde bacteriën en archaea achterlaten, en die belangrijk zijn voor klimaatonderzoek: ze vertellen wetenschappers hoeveel broeikasgas zoals CO2 of methaan is opgeslagen in oceaanbodems en hoeveel daaruit vrijkomt door natuurlijke lekkage. Eerst in het water en daarna in de lucht.

Gasbronnen op Sicilië
Om de opwarming van de aarde tegen te gaan, is het cruciaal om zowel de bronnen als de opslag van broeikasgassen zoals methaan en ethaan in de oceanen en op land beter te begrijpen. Hoge methaanconcentraties in de lucht duiden op natuurlijke gasbronnen, maar nog grotere hoeveelheiden worden uitgestoten door industrie en komen vrij doordat het landijs dat methaanbronnen eerder afdekte nu smelt. Tijdens haar promotieonderzoek aan het NIOZ en de Universiteit Utrecht richtte organisch geochemicus Nadine Smit zich op het deel van de koolstofcyclus dat zich op land afspeelt.

“Op land”, zegt Smit, “is de bodem één van de grootste opslagplaatsen van atmosferisch methaan door het werk van bacteriën. Maar we kennen nog maar enkele biomarkers met zekerheid, die ons kunnen helpen om methaan-consumerende bacteriën te vinden in terrestrische milieus met veel zuurstof. "

Smit verzamelde bodemmonsters van verschillende natuurlijke gasbronnen op het Mediterrane eiland Sicilië, zoals een zogenoemd Eeuwigdurend Vuur. “Op deze plekken wordt veel broeikasgas uitgestoten, wat de activiteit van bacteriën vergroot die zich voeden met de sterke broeikasgassen methaan en ethaan. Mijn monsters bieden inzicht in de afname van microben steeds verder van de methaanbron.”

Van de biomarkers die Smit vond, zijn ook sporen terug te vinden in miljoenen jaren oude gesteenten. Daarmee bieden ze een nieuwe methode om de micro-organismen te analyseren die in het verre verleden op land leefden van methaan en ethaan.

Meerdere nieuwe biomarkers
Smit vond nieuwe biomarkers voor verschillende types methaan-etende en, verrassend genoeg, ook ethaan-etende bacteriën. “In het Eeuwigdurende Vuur vonden we zogeheten mycobacteriën, die verwant zijn aan de tuberculose-bacterie. Die was nog nooit eerder gevonden in zulke gasbronnen.”

De komende jaren moet de stabiliteit van de nieuwe biomarkers worden vastgesteld. Smit: “Als ze inderdaad stabiel blijken te zijn, dan bieden ze een nieuwe methode om de micro-organismen op land te onderzoeken die nu en in het verleden methaan en ethaan hebben geconsumeerd.” Dat zou onderzoekers in staat stellen om de mogelijke gevolgen te voorspellen van hogere concentraties broeikasgas op het leven op aarde.