用于灌溉的石油和天然气废水可能会抑制植物的免疫系统

一项新的计算分析表明，最大化游泳速度，同时最大程度地降低能源成本，取决于鱼的肌肉动力与其大小，形状和游泳运动影响其在水中运动的方式之间的最佳平衡。麻省理工学院的Grgur Tokic和Dick Yue在PLOS计算生物学中介绍了这些发现。

鱼和其他生物(例如鲑鱼和海豚)以起伏的方式游泳，从而能够以较低的能源成本实现高速航行。最近对游泳过程中能量消耗的许多见解来自对鱼类肌肉生物力学的理解或对游泳流体力学建模的进步-鱼类如何根据其大小，形状和游泳运动在水中运动。但是，很少有研究将两者结合起来。

为了获得更完整的图像，Tokic和Yue使用了他们先前开发的数学模型，该模型将肌肉生物力学与游泳流体力学相结合。他们使用该模型对游泳过程中的能量消耗进行了广泛的分析-从提供给肌肉的能量开始，跟踪该能量如何转换为有用的水动力推进器。

与以前的研究相比，新的分析表明，为了最大程度地减少给定体重的鱼在给定距离内游泳的能量消耗，它不必以最大效率游泳，该效率是由肌肉产生的能量与消耗的能量来计算的。为了达到最大游泳速度，鱼肉无需以最大功率进行操作。这些发现得到了对九个数量级大小的游泳生物的真实观察。

岳说：“我们的发现是令人惊讶的，但被基础物理学的第一原理证实了。” “他们认为，通过优化肌肉性能和水动力之间的平衡，可以显着提高游泳的精力。”

虽然这项研究模拟了理想化的模型生物，但研究人员希望能够对真实的鱼类(例如金枪鱼或鲑鱼)的游泳能量学建模。这项工作的潜在实际应用可能包括开发具有前所未有效率的人造仿生游泳设备。

称为水力压裂的水平钻井方法帮助美国每年生产近40亿桶石油和天然气，使美国跃居世界产油大国之首。

高利润的做法付出了高昂的代价：每桶石油，石油和天然气开采还会产生约7桶废水，其中主要包括与化石燃料一起开采的天然地下水。每天大约有20亿加仑的废水。公司，政策制定者和科学家都在寻找处理该废水的新策略。考虑到西方国家的水资源短缺问题，最诱人的想法是将其回收以灌溉粮食作物。

科罗拉多州立大学的一项新研究使这一想法停顿了下来。由土壤和作物科学系的托马斯·博尔奇教授带领的小组进行了温室研究，利用油气提取产生的水灌溉普通小麦。他们的研究发表在环境科学与技术信件，表明这些作物削弱免疫系统，导致无论是使用这样的污水进行灌溉会离开作物系统更容易受到细菌和真菌病原体的问题。

“最大的问题是，它安全吗?” 生物化学家博尔奇说，他曾在化学系和土木与环境工程系担任联合学术任命。“在进行此操作之前，我们是否已考虑过需要考虑的每件事?”

通常，将石油和天然气废水(也称为采出水)从钻探场运走，并通过深处的处置井重新注入地球。有记录表明，这种做法会引起地震，并可能导致地表水和地下水含水层受到污染。

使用这种水进行灌溉的想法促使人们进行研究，以测试作物产量，土壤健康和植物吸收污染物的情况，特别是因为采出水通常含盐量很高，并且其化学成分随地区的不同而有很大差异。进行了许多与石油和天然气有关的研究，包括意外泄漏期间土壤如何运转的博尔奇想知道是否有人试图确定灌溉水质是否会影响农作物自发防御疾病的固有能力。

该实验是与植物微生物学专家Pankaj Trivedi，科罗拉多州矿业学院的研究人员Pankaj Trivedi合作进行的，该专家是生物农业科学和害虫管理系的CSU助理教授。该小组用自来水，两种稀释​​的采出水和盐水控制灌溉小麦。他们将植物暴露于常见的细菌和真菌病原体中，并在病原体被确认具有牢固性后对叶片进行采样。

利用最先进的定量遗传测序技术，科学家们确定，以最高浓度的采出水浇灌的植物在植物通常用于抵抗感染的基因表达上有重大变化。他们的研究并未确切确定采出水中的哪些物质与免疫力下降有关。但是他们假设，诸如硼，石油碳氢化合物和盐之类的污染物的组合会导致植物重新分配代谢资源以应对压力，这使植物产生抗病基因的难度更大。

研究作者写道：“这项工作的发现表明，在将处理过的油气废水再用于农业灌溉之前，必须评估植物免疫反应的影响。”