Modeling Microbial Biogeochemistry in Permeable Reactive Barriers

模拟可渗透反应屏障中的微生物生物地球化学

基本信息

  • 批准号:
    0756562
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-05-01 至 2012-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

CBET- 0756562Vallino, JosephMarine Biology LaboratoryModeling Microbial Biogeochemistry in Permeable Reactive BarriersThe primary objective of the proposed work is to demonstrate that the maximum entropy production principle is a solid foundation for understanding microbial biogeochemistry. This work addresses the need to have a better understanding of metabolic networks -- that is, metabolic pathways distributed across different microbial species, yet highly coordinated. In order to develop robust models of biogeochemistry, better understanding of the mechanisms that govern organization and function of distributed microbial metabolic networks is needed. Existing models of microbial biogeochemistry are reductionist, and adhere to the competitive exclusion principle which states that the species that grows the fastest will dominate. However, there are observations of syntrophy and cooperation in microbial communities that cannot be explained by this principle. Non-equilibrium thermodynamics may provide a more universal theory to explain such observations. This proposal seeks to develop a biogeochemical model based on the principles of maximum energy production (MEP), a principle in the realm of complexity theory. The MEP theory states that complex systems with many degrees of freedom will organize to a state of maximum entropy production. This work will lead to new theoretical advancements to describe microbial biogeochemistry. The approach is innovative in that it seeks to extend complexity theory to describe microbial community functioning. This is valuable because existing reductionist models fail in robustness and predictive power. A strength of the model is that the new theory will be tested using a field site for PRB. The investigator has written a solid proposal it is well written, comprehensive in coverage of appropriate literature, and has the right balance of detail and breadth. Broader impacts are achieved through meaningful undergraduate research and educational experiences.
CBET-0756562Vallino,Joseph海洋生物学实验室在可渗透反应屏障中模拟微生物生物地球化学拟议工作的主要目标是证明最大熵产生原理是理解微生物生物地球化学的坚实基础。这项工作解决了更好地了解代谢网络的需要--即跨不同微生物物种分布的代谢途径,但高度协调。为了建立健全的生物地球化学模型,需要更好地理解控制分布的微生物代谢网络的组织和功能的机制。现有的微生物生物地球化学模型是简约主义的,并坚持竞争排斥原则,即生长最快的物种将占据主导地位。然而,有一些观察到的微生物群落中的共生和合作不能用这一原理解释。非平衡热力学可能会提供一个更普遍的理论来解释这种观察。这项提议寻求开发一个基于最大能量生产(MEP)原则的生物地球化学模型,MEP原则是复杂性理论领域的一项原则。MEP理论指出,具有多个自由度的复杂系统将组织到最大熵产生状态。这项工作将导致描述微生物生物地球化学的新的理论进步。这种方法是创新的,因为它寻求扩展复杂性理论来描述微生物群落的功能。这是有价值的,因为现有的简化论模型在稳健性和预测能力方面存在缺陷。该模型的一个优点是,新理论将使用PRB的现场进行测试。调查人员已经写了一份坚实的提案,它写得很好,涵盖了适当的文献,并在细节和广度之间取得了适当的平衡。更广泛的影响是通过有意义的本科生研究和教育经验实现的。

项目成果

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