اثر انگشت مولکولی نشان می دهد که چگونه فعالیت های انسانی سیستم های آب را در سراسر جهان تغییر می دهد

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

یک بررسی به رهبری دانشگاه ایالتی فلوریدا نشان می دهد که چگونه طیف سنجی جرمی با وضوح فوق العاده بالا می تواند به محققان در شناسایی اثر انگشت مولکولی فعالیت انسان در سیستم های آبی در سراسر جهان کمک کند.

طیف سنجی جرمی یک ابزار تحلیلی قدرتمند است که به محققان امکان می دهد ترکیبات ناشناخته را شناسایی کرده و ساختار و خواص شیمیایی مولکول ها را تعیین کنند.

راب اسپنسر، استاد اقیانوس‌شناسی ورتا کاکس در دپارتمان علوم زمین، اقیانوس و جو، تقریبا 20 سال است که از طیف‌سنجی جرمی با وضوح فوق‌العاده برای بررسی تغییرات محیطی استفاده کرده است. او مروری بر فناوری منتشر شده در Nature Water انجام داد.

اسپنسر می‌گوید: «هدف تحقیق ما این است که بفهمیم چگونه مواد آلی موجود در نمونه‌های آب از هر نقطه‌ای در جهان می‌تواند چیزی در مورد تغییرات ناشی از انسان در آن محیط آبی به ما بگوید.

"امنیت و ثبات منابع آبی ما مهم است و ما راه جدیدی برای رسیدگی به این مسائل به روش هایی که هرگز فکرش را نمی کردیم پیدا کردیم. با استفاده از این فناوری، ما شاهد یک واکنش تقریبا تشخیصی به فعالیت های انسانی در سطح مولکولی هستیم."

ماده آلی محلول یا DOM، مخلوط پیچیده ای است که در تمام آب های جهانی یافت می شود که نقش های زیادی در محیط زیست دارد. این منبع انرژی برای زندگی آبزیان است، بر تصفیه آب آشامیدنی تأثیر می گذارد و نقش مهمی در چرخه های اصلی بیوژئوشیمیایی ایفا می کند.

درک ترکیب DOM برای تشخیص نقش هایی که در محیط ایفا می کند بسیار مهم است. طیف سنجی جرمی فوق العاده بالا و با وضوح بالا یا UHRMS، توانایی محققان را برای درک اینکه چگونه فعالیت های انسانی این مخلوط را تغییر می دهد، تغییر داده است.

به گفته دپارتمان تغییر سیاره زمین، راب و همکارانش با ترکیب کردن آنچه در سیستم‌های آبی مختلف آموخته‌ایم، قدرت و محدودیت‌های فعلی UHRMS را برجسته می‌کنند و به ترسیم مسیری برای شناسایی و درک بهتر اثر انگشت مولکولی تأثیرات انسانی، ترکیب بیوژئوشیمی آب با تکنیک‌های تحلیلی پیشرفته کمک می‌کنند. اقیانوس و علوم جوی

در آزمایشگاه ملی میدان مغناطیسی بالا که مقر آن در FSU قرار دارد، محققانی مانند اسپنسر طیف‌سنجی جرمی را با میدان‌های مغناطیسی بالا برای طیف وسیعی از کاربردهای تحقیقاتی در تأسیسات تشدید سیکلوترون یونی در آزمایشگاه ترکیب می‌کنند.

UHRMS از نظر دقت و دقت استثنایی با طیف‌سنجی جرمی معمولی متفاوت است و به محققان اجازه می‌دهد ده‌ها هزار نقطه داده را بررسی کنند - در این مورد، نشانگرهای آلی و فرمول‌های مولکولی - که داده‌های تشخیصی ارزشمندی را ارائه می‌دهند.

اسپنسر گفت: "در FSU، ما به لطف امکانات MagLab ملی، موقعیت منحصر به فردی برای انجام این تحقیق داریم." زمانی که ده‌ها هزار فرمول مولکولی را در یک نمونه تجزیه و تحلیل می‌کنیم، ممکن است به 10 نشانگر تشخیصی در حوضه رودخانه آمازون برسیم که برای مثال تغییرات کاربری زمین را دنبال می‌کنند.

تحقیقات مشابه در حوضه می سی سی پی تعداد کمی از نشانگرهای آلی مرتبط با کشاورزی را یافت و اشاره شد که این فرمول های مولکولی بسیار شبیه فرمول های آمازون هستند.

تغییرات در ترکیب مولکولی DOM همچنین می تواند اثرات شهرنشینی، آتش سوزی و تغییرات کلی در آب و هوا و الگوهای بارش را آشکار کند.

اسپنسر گفت: «یکی از انگیزه‌های این بررسی تشویق محققان برای دسترسی آزاد به داده‌هایشان بود تا بتوانیم شناسایی این شاخص‌های تشخیصی و نشانگرهای ارگانیک را در ارتباط با تأثیرات مختلف انسانی بهبود بخشیم».

در نهایت، این به ما می‌گوید که چگونه چیزها به تغییرات پایین دست واکنش نشان خواهند داد. نگاه کردن به سیستم‌های مختلف معتدل و گرمسیری و دیدن پاسخ‌های مشابه در سطح مولکولی با تأثیرات مشترک عمده انسانی واقعا جالب بود.

یکی دیگر از تمرکزهای این بررسی، تغییرات قطب شمال بود، زیرا این منطقه سریعتر از هر جای دیگری روی زمین گرم می شود. تقریبا دو سوم کل کربن خاک روی زمین در یخبندان دائمی قطب شمال منجمد شده است. با ذوب شدن منطقه، کربنی که برای هزاران سال ذخیره شده است می تواند وارد چرخه کربن مدرن شود.

با شناسایی نشانگرهای آلی مرتبط با ذوب شدن منجمد دائمی، دانشمندان می‌توانند با اطمینان بیشتری نحوه تعامل این کربن با محیط را پیش‌بینی کنند، این که آیا از ذخیره‌سازی طولانی‌مدت در خاک به ذخیره‌سازی طولانی‌مدت اقیانوس می‌رود یا توسط میکروب‌ها مصرف می‌شود و به عنوان دی اکسید کربن در جو منتشر می‌شود.

استوکل گفت: «علاوه بر پیشبرد درک ما از چرخه جهانی کربن، این کار به موضوعات مهم اجتماعی مانند کشاورزی، شهرنشینی، اثرات آتش سوزی و تغییرات آب و هوایی می پردازد.

کار راب همچنین فرصت‌های فوق‌العاده‌ای را که با ترکیب تخصص EOAS با قابلیت‌های تحلیلی در سطح جهانی MagLab ملی ایجاد شده است، نشان می‌دهد. این بررسی دعوت‌شده نشان‌دهنده رهبری تیم او در بیوژئوشیمی آبزیان و توانایی آن‌ها برای کمک به تعیین مسیر بعدی است.»

رابرت جی ام اسپنسر و همکاران، استفاده از طیف سنجی جرمی فوق العاده بالا و با وضوح بالا برای بررسی نشانه های انسانی ماده آلی محلول در سیستم های آبی، آب طبیعت (2026). DOI: 10.1038/s44221-026-00682-1

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →