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Les chercheurs cultivent les archées, qui décomposent le pétrole brut, de nouvelles façons

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Les chercheurs cultivent les archées, qui décomposent le pétrole brut, de nouvelles façons

Le fond marin abrite environ un tiers des micro-organismes sur Terre et habite même à une profondeur de plusieurs kilomètres. Ce n’est que lorsqu’il fait vraiment chaud que l’abondance de micro-organismes semble diminuer. Mais comment et à partir de quoi les micro-organismes vivent-ils dans les grands fonds marins ? Comment fonctionnent leurs cycles métaboliques et comment interagissent les individus de ces communautés enfouies ? Des chercheurs du MARUM – Centre d’écologie marine de l’Université de Brême et de l’Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême ont pu démontrer dans des cultures en laboratoire comment les petits composants liquides du pétrole brut sont décomposés par un nouveau mécanisme par un groupe de micro-organismes appelés archées. Leurs résultats viennent d’être publiés dans la revue professionnelle Microbiologie naturelle.

Les communautés microbiennes sont particulièrement actives à proximité des suintements hydrothermaux tels que ceux du bassin de Guaymas dans le golfe de Californie. L’équipe de chercheurs travaille depuis de nombreuses années à la compréhension de ces sociétés. La matière organique déposée dans le bassin de Guaymas est cuite par des sources de chaleur provenant de l’intérieur de la Terre, ce qui la décompose en pétrole brut et en gaz naturel. Ses composants fournissent la principale source d’énergie pour les micro-organismes dans un environnement hostile. Dans leur dernière étude, les chercheurs montrent que les archées utilisent un mécanisme jusqu’alors inconnu pour décomposer les alcanes de pétrole liquides à des températures élevées sans la présence d’oxygène.

Les alcanes sont des composés très stables de carbone et d’hydrogène. Ce sont des composants naturels du gaz naturel et du pétrole brut. Ce dernier est raffiné par l’homme en carburants tels que l’essence et le kérosène. Les catastrophes environnementales se produisent fréquemment en raison d’accidents lors de l’extraction de pétrole brut. Un bon exemple est l’accident survenu sur la plate-forme de forage Deepwater Horizon, qui a causé de graves dommages environnementaux dans le golfe du Mexique en raison des effets toxiques des composés du pétrole brut tels que les alcanes liquides. En présence d’oxygène, les micro-organismes peuvent rapidement décomposer de nombreux composants du pétrole brut, parmi d’autres alcanes. Cependant, sans oxygène réactif, la décomposition est beaucoup plus difficile. Les organismes capables d’effectuer cette tâche n’ont pas fait l’objet de recherches approfondies. Mais ces dernières années, des preuves ont été trouvées que les archées sont capables d’utiliser un mécanisme surprenant pour le faire. Il est basé sur des variantes récemment découvertes de l’enzyme clé de la méthanogénèse et de la méthanogénèse anaérobie, la méthylcoenzyme M réductase (MCR). Des gènes codant pour ces enzymes ont été trouvés dans de nombreux échantillons environnementaux. Cependant, les cultures de laboratoire de microbes qui pourraient élucider la fonction de ces enzymes font toujours défaut. C’est là que l’étude en laboratoire d’Hanna Zehnle et de ses collègues devient importante.

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L’équipe a utilisé des sédiments du bassin de Guaymas, à 2 000 mètres de profondeur dans le golfe de Californie. Les conditions géologiques particulières présentes ici incluent les températures élevées, les composants du pétrole brut liquide et l’environnement anaérobie dans les sédiments peu profonds, qui ne se trouvent normalement que dans les réservoirs de pétrole profonds difficiles d’accès pour les scientifiques.

Dans les laboratoires de Brême, les chercheurs ont préparé des cultures contenant des alcanes liquides et les ont laissées pousser en anaérobie, c’est-à-dire sans oxygène, à des températures élevées (70 degrés Celsius). La première auteure Hanna Zainal explique : « Après un certain temps, des sulfures se forment dans les cultures. Cela prouve qu’ils sont actifs ». La composition des cultures est étudiée à l’aide d’échantillons d’ADN et d’ARN. « Avec cette méthode, nous pouvons dire quels organismes vivent dans ce système et quelles voies métaboliques ils utilisent », explique Zehnle. Il s’agit notamment de réactions chimiques au cours desquelles des substances sont métabolisées. Ils ont trouvé des archées du genre Candidatus alcanovaga dans les cultures. Ces archées utilisent des variantes MCR pour dégrader les alcanes. Les chercheurs ont vérifié cela grâce aux données du transcriptome, à la mesure des produits enzymatiques et en démontrant l’inactivité des cultures lorsque l’enzyme était inhibée. Mais les organismes ne sont pas capables de décomposer le pétrole brut seuls. La respiration, sous forme de sulfato-réduction dans ce cas (par manque d’oxygène), est réalisée par des bactéries du genre Thermodisulfobactériequi forment des unions denses avec des archées.

La méthanogenèse est l’un des plus anciens processus métaboliques connus et fait partie du cycle global du carbone. L’étude en laboratoire menée par Hanna Zinel et ses collègues montre que les enzymes impliquées dans ce processus peuvent également utiliser des hydrocarbures liquides (et donc toxiques), ce qui souligne l’importance de cette voie dans le cycle global du carbone.

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Grâce à leurs nouvelles capacités, canofaga Et leurs proches ciblent les hydrocarbures dans les réservoirs de pétrole. « Le pétrole restant devient de plus en plus solide et a donc tendance à rester au fond de la mer », explique l’auteur correspondant Gunther Wegner. « Nous n’avons toujours pas été en mesure d’enquêter sur les gisements de pétrole profonds, mais les ruines antiques perturbent certainement l’industrie pétrolière par leur vigueur. Mais elles contribuent également de manière importante au fait que les déversements naturels de pétrole sont rares ».

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La formation par simulation basée sur l’IA améliore les performances humaines dans les exosquelettes robotiques

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Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord ont démontré une nouvelle méthode qui exploite l’intelligence artificielle (IA) et les simulations informatiques pour entraîner des exosquelettes robotiques afin d’aider de manière indépendante les utilisateurs à économiser de l’énergie lorsqu’ils marchent, courent et montent les escaliers.

« Ce travail propose et démontre un nouveau cadre d’apprentissage automatique qui comble le fossé entre la simulation et la réalité pour contrôler de manière autonome des robots portables afin d’améliorer la mobilité et la santé des humains », explique Hao Su, auteur correspondant d’un article sur les travaux qui seront publiés. Le 12 juin dans le magazine nature.

« Les exosquelettes ont un énorme potentiel pour améliorer les performances des locomotives humaines », déclare Su, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à l’Université d’État de Caroline du Nord. « Cependant, leur développement et leur déploiement à grande échelle sont limités par de longues exigences en matière de tests humains et par des lois sur la surveillance manuelle.

« L’idée de base ici est que l’IA incorporée dans l’exosquelette portable apprend à aider les gens à marcher, courir ou grimper dans une simulation informatique, sans nécessiter aucune expérience », explique Su.

Plus précisément, les chercheurs se sont concentrés sur l’amélioration du contrôle autonome dans les systèmes d’IA incorporés, c’est-à-dire les systèmes dans lesquels le logiciel d’IA est intégré à la technologie des robots physiques. Ce travail visait à enseigner aux exosquelettes robotiques comment aider les personnes en bonne santé à effectuer divers mouvements. En règle générale, les utilisateurs doivent passer des heures à « entraîner » l’exosquelette afin que la technologie sache quelle force est nécessaire – et quand appliquer cette force – pour aider les utilisateurs à marcher, courir ou monter les escaliers. La nouvelle méthode permet aux utilisateurs de profiter immédiatement des exosquelettes.

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« Ce travail fait de la science-fiction une réalité, permettant aux gens de dépenser moins d’énergie tout en effectuant diverses tâches », explique Su.

« Nous avons développé une méthode pour former et contrôler des robots portables qui profitent directement aux humains », explique Xuzhen Lu, premier auteur de l’article et ancien chercheur postdoctoral à NC State. Luo est maintenant professeur adjoint à l’Université aéronautique Embry-Riddle.

Par exemple, lors de tests sur des humains, les chercheurs ont découvert que les participants à l’étude utilisaient 24,3 % d’énergie métabolique en moins lorsqu’ils marchaient avec un exosquelette robotique que lorsqu’ils marchaient sans exosquelette. Les participants ont utilisé 13,1 % d’énergie en moins lorsqu’ils couraient dans l’exosquelette et 15,4 % d’énergie en moins lorsqu’ils montaient les escaliers.

« Il est important de noter que ces réductions de puissance comparent les performances de l’exosquelette robotique à celles d’un utilisateur ne portant pas l’exosquelette », explique Su. « Cela signifie qu’il s’agit d’une mesure réelle de la quantité d’énergie économisée par l’exosquelette. »

Bien que cette étude se soit concentrée sur le travail des chercheurs auprès de personnes en bonne santé, la nouvelle méthode s’applique également aux applications d’exosquelettes robotiques visant à aider les personnes à mobilité réduite.

« Notre cadre peut offrir une stratégie généralisable et évolutive pour le développement rapide et l’adoption généralisée d’une variété de robots d’assistance pour les personnes en bonne santé et à mobilité réduite », explique Su.

« Nous en sommes aux premiers stades de tests des performances de la nouvelle méthode sur des exosquelettes robotiques utilisés par des personnes âgées et des personnes souffrant de troubles neurologiques, tels que la paralysie cérébrale. Nous souhaitons également explorer comment cette méthode peut améliorer les performances des dispositifs prothétiques robotiques. pour la population amputée.

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Cette recherche a été menée avec le soutien de la National Science Foundation sous les prix n° 1944655 et 2026622 ; Institut national de recherche sur le handicap, la vie indépendante et la réadaptation, dans le cadre de la bourse 90DPGE0019 et de la bourse de recherche suisse SFGE22000372 ; et les National Institutes of Health, sous le prix 1R01EB035404.

Shuzhen Luo et Hao Su sont co-inventeurs de la propriété intellectuelle liée au contrôleur évoquée dans ce travail. Su est également co-fondateur et détient un intérêt financier dans Picasso Intelligence, LLC, qui développe des exosquelettes.

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La NASA et Boeing évaluent les effets potentiels des fuites d’hélium sur le Starliner

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La NASA et Boeing évaluent les effets potentiels des fuites d’hélium sur le Starliner

La capsule Starliner de Boeing poursuit une inspection approfondie lors de sa toute première mission d’astronaute.

Starliner a été lancé le 5 juin, transportant les astronautes de la NASA Butch Wilmore et Sonny Williams vers la Station spatiale internationale (ISS) pour une croisière connue sous le nom de Crew Flight Test (CFT).

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La NASA partage une superbe image de la galaxie spirale poussiéreuse NGC 4414 ; Voici tout ce que vous devez savoir

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La NASA partage une superbe image de la galaxie spirale poussiéreuse NGC 4414 ;  Voici tout ce que vous devez savoir

L’agence spatiale américaine National Aeronautics and Space Administration (NASA) a publié une image époustouflante de la galaxie spirale poussiéreuse appelée NGC 4414. L’image a été prise par le télescope spatial Hubble de la NASA dans le cadre du projet majeur HST sur l’échelle de distance extragalactique en 1995.

Le télescope spatial Hubble, lancé en 1990, a modifié la compréhension fondamentale de l’univers, passant de la détermination de la composition atmosphérique des planètes en orbite autour d’autres étoiles à la découverte de l’énergie noire.

Revenant sur la galaxie spirale poussiéreuse, la NASA Hubble déclare : « Sur la base de mesures précises de la luminosité des étoiles variables (étoiles dont la luminosité fluctue) dans NGC 4414, les astronomes ont déterminé que la galaxie se trouve à 60 millions d’années-lumière. »

Elle a ajouté : « Ces informations ont aidé les scientifiques à mieux comprendre le taux d’expansion de notre univers, et nous en avons appris davantage sur la distance et la taille de nombreux objets cosmiques, et même sur l’âge de l’univers lui-même. »

En parlant de l’image partagée par la NSA Hubble, NGC 4414 est une galaxie spirale avec sa composition d’étoiles distincte dans ses différentes régions. Dans leurs régions centrales se trouvent une abondance d’étoiles jaunes et rouges, une caractéristique souvent associée aux amas d’étoiles plus anciens que l’on trouve généralement dans les galaxies spirales.

Dans les régions extérieures, NGC 4414 apparaît plus bleue. La NASA affirme que cette couleur bleuâtre indique la présence d’étoiles plus jeunes et plus chaudes, indiquant une formation d’étoiles en cours dans ces régions. L’image partagée par la NASA montre NGC 4414 comme une grande galaxie spirale avec un noyau jaune lumineux et des bras spiraux tentaculaires décorés de poussière brun foncé et d’amas d’étoiles.

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Selon la NASA Hubble, étant donné que la taille de la galaxie dépassait la capacité des détecteurs WFPC2, seule la moitié de NGC 4414 était visible dans les ensembles de données collectées par les astronomes dans le cadre du projet principal en 1995. Cependant, en 1999, l’équipe Hubble Legacy a revisité NGC. 4414 Et remplissez-le. Dans la partie manquante de son image en observant l’autre moitié en utilisant les mêmes filtres utilisés en 1995.

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Publié : 12 juin 2024, 07h16 IST

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