बायोफिल्म्स में नया शोध: प्रकृति के साथ प्रकृति से लड़ना

किरा कोली द्वारा • 14 जुलाई 2018

एक धातु सतह पर biofouling जीवों को Encrusting। क्रेडिट: मारिया साल्टा

एक प्लास्टिक की सतह (मुसलमान, शैवाल और ब्राजोज़न) पर बायोफूलिंग जीव। क्रेडिट: एक प्लास्टिक की सतह पर मारिया साल्टा बायोफूलिंग जीव (मुसलमान, शैवाल और ब्राजील)। क्रेडिट: एक प्लास्टिक की सतह पर मारिया साल्टा बायोफूलिंग जीव (मुसलमान, शैवाल और ब्राजील)। क्रेडिट: एक प्लास्टिक की सतह पर मारिया साल्टा बायोफूलिंग जीव (मुसलमान, शैवाल और ब्राजील)। क्रेडिट: मारिया साल्टा

एक प्लास्टिक की सतह (मुसलमान, शैवाल और ब्राजोज़न) पर बायोफूलिंग जीव। क्रेडिट: मारिया साल्टा

ब्लूज़ और हिरन के चमकदार पैचवर्क के नीचे अद्वितीय पशु समुदायों, विविध परिदृश्य, और परिवर्तनीय स्थितियों की एक जटिल दुनिया है। सागर ग्रह पर सबसे असाधारण और आकर्षक पारिस्थितिक तंत्रों में से एक है - एक ऐसी जगह जो समस्या और समाधान दोनों स्रोतों को होस्ट कर सकती है। समुद्री क्षेत्र में, प्रति वर्ष अमेरिकी नौसेना के लिए बायोफूलिंग के साथ अनुमानित $ 56 मिलियन एक वर्ष जुड़ा हुआ है।

एंटी-फाउलिंग कोटिंग्स में हर साल लाखों टन ग्रीनहाउस उत्सर्जन को कम करने की क्षमता है, लेकिन उद्योग को अभी तक एक प्रभावी तरीका नहीं मिला है जो पर्यावरण के अनुकूल भी है। यूके के पोर्ट्समाउथ विश्वविद्यालय में एक पर्यावरणीय सूक्ष्म जीवविज्ञानी डॉ मारिया साल्टा इस बात की खोज कर रहे हैं कि प्रकृति की स्व-स्वच्छता की क्षमता कैसे उन रहस्यों को पकड़ सकती है जिन्हें हमें आगे बढ़ने और स्थैतिक संरचनाओं को मुक्त रखने की आवश्यकता होती है। यदि सफल हो, न केवल वह शिपिंग उद्योग को लाखों बचाएगी, बल्कि ग्रह को जहरीले पदार्थों के संपर्क में आने में मदद करेगी, जिससे समुद्री समुदायों को आज भी इसका असर पड़ता है।

एंटी-फाउलिंग कोटिंग्स 384 मिलियन टन कार्बन डाइऑक्साइड और 3.6 मिलियन टन सल्फर डाइऑक्साइड को कम करती हैं। अंतर्राष्ट्रीय समुद्री संगठन का अनुमान है कि सुधारात्मक कार्रवाई और नई एंटीफॉलिंग प्रौद्योगिकियों के परिचय के बिना, ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन 2020 तक 38 प्रतिशत बढ़कर 72 प्रतिशत हो सकता है।

तीस साल से अधिक के लिए ट्रिब्यूटिलिन (टीबीटी) एंटीफॉलिंग पेंट्स में सक्रिय एजेंट था जो समुद्री क्षेत्र में बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता था। 1 9 80 के दशक तक यह समुद्री पर्यावरण में जानबूझकर पेश किए जाने वाले सबसे हानिकारक पदार्थों में से एक माना गया था। टीबीटी व्यापक समुद्री पर्यावरण में गैर-लक्षित जानवरों को गंभीर नुकसान पहुंचा रहा था, जैसे शेलफिश और मोलुस्क समुदायों में विकृतियां, शैवाल की वृद्धि में कमी और युवा मछली में जहरीले प्रभाव।

डॉ मारिया साल्टा पर्यावरण के अनुकूल एंटी-फाउलिंग कोटिंग्स में एक विशेष शोध रुचि के साथ समुद्री बायोफिल्म्स में एक विशेषज्ञ है। "2003 तक, समुद्री उद्योग टीबीटी का उपयोग कर रहा था जो सफल रहा लेकिन एक बहुत जहरीला पदार्थ था। यह गैर-लक्षित जानवरों के खिलाफ अभिनय कर रहा था, और कई अन्य दुष्प्रभावों के साथ, यह उनके लिंग को बदल रहा था। टीबीटी से विषाक्त पदार्थ पानी और तलछटों में जमा हो रहे हैं क्योंकि इसका इस्तेमाल पहली बार 60 के दशक के मध्य में उद्योग में किया जाता था। इसे पूरी तरह से प्रतिबंधित करने में 30 से अधिक वर्षों लगे - लेकिन तब तक यह पहले से ही बहुत ही अपरिवर्तनीय क्षति हुई है। "

साल्टा के शोध ने उन समाधानों की पड़ताल की है जो जहाज प्रणालियों पर समुद्री विकास को रोकने के लिए प्राकृतिक प्रणालियों की नकल करते हैं। वैज्ञानिकों ने सूक्ष्म विवरण में अध्ययन किया है जो व्हेल, शार्क, और कुछ अन्य समुद्री जीवों की त्वचा बनाता है जो बार्नकल्स, मुसलमानों और शैवाल को दूर करने में सक्षम होते हैं जो समुद्र में बने मानव निर्मित संरचनाओं को एक विस्तृत अवधि के लिए छोड़ देते हैं। जबकि उपनिवेशीकरण (बायोफिल्म्स) की पहली परत बेहद महत्वपूर्ण है, इसे अक्सर शोध में अनदेखा किया जाता है।

साल्टा बताती है, "बायोफिलम्स (उर्फ कीचड़) मुख्य रूप से डायटोम्स और बैक्टीरिया से बना उपनिवेशीकरण की पहली परत है। बहुत से लोग मानते हैं कि यह परत सतह पर बनने वाला पहला व्यक्ति है, लेकिन बड़े जीवों, जैसे स्पायर्स और लार्वा के लिए खाद्य स्रोत के रूप में कार्य करता है, जो अंततः मजबूती से संलग्न होता है। अकेले बायोफिलम 1 मिलीमीटर से भी कम मोटाई के साथ 18 प्रतिशत ईंधन जुर्माना का कारण बन सकता है। इसलिए, न केवल यह एक खाद्य स्रोत है बल्कि सतह की खुरदरापन सहित खुद के द्वारा बड़ी समस्याएं पैदा करता है जो समुद्री पाइपलाइनों, जलीय कृषि और अधिक के जहाज, पिटिंग और बायोकोरोशन के हाइड्रोडायनामिक्स को प्रभावित करता है - न केवल जहाजों। "

बायोफूलिंग जलीय पर्यावरण में सभी मानव निर्मित वस्तुओं को प्रभावित करता है। साल्टा के लिए, एक समाधान खोजने का मतलब था कि उसे पहले बायोफिलम को हटाने के तरीके खोजना चाहिए। "यह आकर्षक है क्योंकि यह इतने गतिशील सूक्ष्म समुदाय है जिसमें कई अलग-अलग जीव हैं। वास्तव में, शैवाल और बार्नकल्स के लिए - जो शिपिंग के समय मुख्य मुद्दा हैं - समुद्री उद्योग में इस समस्या का सामना करने के कुछ तरीके हैं। वे हमारे फ्राइंग पैन पर पाए जाने वाले गैर-छड़ी सतहों की तरह सिलिकॉन आधारित कोटिंग्स का उपयोग करते हैं। जीव संलग्न होते हैं, लेकिन जब जहाज आगे बढ़ना शुरू होता है, तो वे गिर जाते हैं। यह एक उत्कृष्ट रणनीति है, लेकिन उच्च गति पर बेहतर काम करता है और बिल्कुल नहीं स्थैतिक वस्तुओं के लिए प्रभावी। इसके शीर्ष पर, बायोफिल्म अभी भी विनाश का कारण बन रहा है। "

अपने शोध के माध्यम से, साल्टा ने अब प्राकृतिक परिस्थितियों का अनुकरण करने वाली प्रयोगशाला में विभिन्न एंटीफूलिंग कोटिंग्स, सामग्रियों और झुकाव व्यवहारों का परीक्षण करने के लिए अभिनव तकनीकों की एक श्रृंखला विकसित की है। "अब तक इन तकनीकों में एक अंतर था, और कई मामलों में, लोग अभी भी बुनियादी तरीकों का उपयोग कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, एंटीफूलिंग सामग्री का परीक्षण करते समय, वैज्ञानिक अक्सर इसे स्थिर वातावरण में करते हैं - हालांकि सूचनात्मक, यह ' टी वास्तविक वातावरण का प्रतिनिधित्व नहीं करते क्योंकि बायोफिल्म्स हमेशा प्रवाह के संपर्क में आते हैं। यहां तक कि यदि जहाज नहीं चल रहे हैं तो ज्वार हैं, इसलिए वे कभी भी वास्तव में 'स्थैतिक' नहीं होते हैं। मैंने एक नई विधि विकसित की जिसमें हाइड्रोडायनेमिक्स शामिल हैं, इसलिए मैं देख सकता हूं कि बायोफिल्म्स प्रवाह के तहत क्या होता है जो प्राकृतिक पर्यावरण का अधिक प्रतिनिधि होगा। मैंने उच्च-थ्रुपुट विधियों को भी विकसित किया है जो यह आकलन करते हैं कि बायोफिल्म्स सीधे प्रयोगात्मक और वाणिज्यिक कोटिंग्स पर कैसे बनाते हैं। " साल्टा ने कहा।

"हम अब भी जानते हैं कि बायोफिल्म्स दूसरों की तुलना में कुछ सतहों से अधिक संलग्न करना पसंद करते हैं। समस्या यह है कि अक्सर बैक्टीरिया अनुकूल होता है - यदि आपने सतह गुणों को संशोधित किया है, तो बैक्टीरिया संभावित रूप से बाधाओं को दूर करने के लिए खुद को संशोधित कर सकता है। हम नहीं जानते कि कैसे या क्यों और किस हद तक सूक्ष्मजीव सतह के अनुसार अनुकूलित करते हैं, इसलिए मेरे शोध के हिस्से के रूप में हम प्रजातियों-भौतिक संघों को देख रहे हैं। हाल ही में नए परिणाम सामने आए और वे रोमांचक दिखते हैं। लेकिन इससे पहले कि हम बायोफूलिंग को रोक सकें, हमें पहले बायोफिल्म्स को समझने की आवश्यकता है - ये सूक्ष्मजीव क्यों संलग्न हैं कि वे कहां संलग्न कर रहे हैं और कैसे? और फिर हमें उस शोध के समानांतर समाधान मिल जाएगा। "

साल्टा के काम में बायोमेमेटिक्स और अगली पीढ़ी के अनुक्रम सहित विभिन्न कोण शामिल हैं, "जब मांसपेशियां बहुत छोटी होती हैं, तो प्रोटीन उन्हें मुक्त मुक्त रहने में मदद कर सकते हैं। लेकिन समाधान सरल नहीं होगा क्योंकि दोनों रसायन और जीवविज्ञान शामिल हैं। उदाहरण के लिए, समुद्री शैवाल पूरी तरह से मुक्त नहीं है, इसमें बैक्टीरिया भी है। तो, जीवाणु अन्य जैव-जीवों से मुक्त समुद्री शैवाल को मुक्त रखने में भूमिका निभाते हैं? ऐसे समय होते हैं जब यह मामला दिखाया गया है।

बड़े समुद्री जानवरों को भी उनके अपेक्षाकृत खराब मुक्त अस्तित्व के कारण देखा गया है। नई प्रौद्योगिकियां सतह के आकार से प्रेरणा आकर्षित करती हैं, और शार्क जैसे समुद्री जीवों पर पाए जाने वाले पैटर्न। उदाहरण के लिए, शार्क की सतह हाइड्रोडायनामिक रूप से काम करती है, और 'तराजू' छोटे vortices बनाने में मदद करते हैं कि सिद्धांत में बैक्टीरिया को जोड़ने, उपनिवेशीकरण, और बायोफिल्म्स बनाने से रोकने के लिए काम करते हैं। साल्टा ने समझाया कि इस तरह की तकनीक में कुछ सफलता मिली है; हालांकि, वे अक्सर अल्पकालिक रहते हैं क्योंकि बायोफिल्म अंततः सतह पर एक परत बना सकता है।