Нефтяные бактерии

Проблема исчерпаемости нефтяных запасов, основного источника энергии в мире, в будущем, возможно, решится с помощью бактерий. К такому открытию пришли российские ученые, которые смогли подтвердить гипотезу об органическом происхождении нефти. Это означает, что ее можно будет синтезировать из остатков живых организмов.

(Science, N 34 от 31.08.2017)

Алканы — это углеводороды общей формулы CnH2n+2. Они принадлежат к числу важнейших и хорошо изученных углеводородов любой нефти. Алканы с неразветвленной углеродной цепочкой называются нормальными. Общее содержание нормальных алканов в нефтях колеблется в весьма широких пределах — от 1 до 20% и более. В настоящее время имеются достаточно надежные данные о содержании в нефтях различных алканов состава С1-С120. Изопренаны — углеводороды, чье происхождение связано с изопреноидным спиртом, входящим в состав природного пигмента хлорофилла, зеленого пигмента растений. Стераны (тетрациклические изопреноиды) — углеводороды, структура которых аналогична структуре стероидов, из которых они и образовались,— биологически и физиологически активных веществ животного или растительного происхождения, например холестерина. Терпаны (пентациклические изопреноиды) — углеводороды, которые наравне с тетрациклическими занимают одно из важнейших мест в химии углеводородов нефти. Структура их молекул также аналогична структуре природных тритерпеноидов животного и растительного происхождения.

Перспектива исчерпания нефтяных запасов на Земле — одна из важнейших проблем человечества. Именно нефть благодаря высокой энергоемкости и легкости транспортирования с середины XX века служит самым важным источником энергии в мире. На производство топлива сегодня идет до 84% объема мировой нефтедобычи.

Существуют две основные гипотезы образования нефти — органическая (осадочно-миграционная) и неорганическая (абиогенная). Сторонники неорганической теории считают, что нефть возникла в недрах при большом давлении и высоких температурах из углерода и водорода или из карбидов металлов. Действительно, таким образом могут образоваться, например, бензол или некоторые алканы. Однако нефть состоит из тысяч соединений, которые абиогенным путем образоваться не могли. Такими соединениями, например, являются так называемые углеводороды-биомаркеры, которые сохранили черты строения биологических молекул. Многочисленные попытки получить нефть неорганическим путем в лабораториях пока не принесли результата.

Сторонники органической гипотезы считают, что нефть сформировалась из остатков живых организмов: животных, растений, грибов, то есть эукариотических организмов. Из органических остатков в различных биохимических процессах формировался кероген, из которого в дальнейшем выделялись углеводороды, составляющие в настоящее время нефть.

Вопрос происхождения нефти — это не только фундаментальная научная проблема. Он имеет и большое практическое значение, поскольку для того, чтобы вести обоснованные поиски нефти, необходимо знать, где и как она образовалась. Уже сейчас в мире наблюдается спад интенсивности разведки новых месторождений, а разведанные месторождения обладают все более худшими показателями рентабельности из-за их труднодоступности, геологических особенностей). Они могут даже превышать предел энергорентабельности — когда для добычи нефти требуется затратить эквивалентное или большее количество энергии.

Согласно расчетам, при сохранении текущего уровня потребления и добычи нефти она закончится во второй половине этого столетия. Проблема предполагаемого дефицита нефти широко обсуждается и служит благодатной почвой для разного рода спекуляций и предположений.

Однако, как считает Александра Пошибаева, ассистент кафедры органической химии и химии нефти Российского государственного университета нефти и газа (национального исследовательского университета) им. И. М. Губкина, человечеству, возможно, удастся решить проблему дефицита нефти. Уже на биологическом факультете МГУ она заинтересовалась вопросом роли бактерий в происхождении нефти. Руководитель ее дипломной работы микробиолог доцент И. В. Ботвинко привела ее в Губкинский университет на кафедру органической химии и химии нефти, которой руководит профессор В. Н. Кошелев, в лабораторию доктора геолого-минералогических наук и кандидата химических наук профессора Гурама Николаевича Гордадзе, ведущего специалиста в области происхождения нефти и нефтяной геохимии. Александра Пошибаева поступила в аспирантуру РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина и окончила ее, подготовив под руководством профессора Гордадзе работу, темой которой стала важная роль бактерий в процессе образования нефти. Впоследствии в лаборатории под руководством профессора Гордадзе, где работает Александра Пошибаева, было выяснено, что бактерии могут генерировать углеводороды, которые входят в состав нефти. Это значит, что в перспективе запасы нефти могут быть возобновимы.

Классификация

Происхождение углеводородов

Алканы — это углеводороды общей формулы CnH2n+2. Они принадлежат к числу важнейших и хорошо изученных углеводородов любой нефти. Алканы с неразветвленной углеродной цепочкой называются нормальными. Общее содержание нормальных алканов в нефтях колеблется в весьма широких пределах — от 1 до 20% и более. В настоящее время имеются достаточно надежные данные о содержании в нефтях различных алканов состава С1-С120.

Изопренаны — углеводороды, чье происхождение связано с изопреноидным спиртом, входящим в состав природного пигмента хлорофилла, зеленого пигмента растений.

Стераны (тетрациклические изопреноиды) — углеводороды, структура которых аналогична структуре стероидов, из которых они и образовались,— биологически и физиологически активных веществ животного или растительного происхождения, например холестерина.

Терпаны (пентациклические изопреноиды) — углеводороды, которые наравне с тетрациклическими занимают одно из важнейших мест в химии углеводородов нефти. Структура их молекул также аналогична структуре природных тритерпеноидов животного и растительного происхождения.