GERBAM — Deuxième Colloque International de Bactériologie marine — CNRS, Brest, 1-5 octobre 1984
IFREMER, Actes de Colloques, 3, 1986, pp. 199-208
22
MICROBIAL HYDROGEN PRODUCTION POTENTIAL IN SHALLOW OCEANIC NEPHELOID LAYERS
J. R. SCHWARZ, L. A. LOEBLICH, and S. J. SCHROPP
Departments of Marine Biology and Oceanography, Texas A & M University;
GALVESTON, Texas 77553 (USA)
ABSTRACT - Seawater samples taken from shallow suspended particle maxima (20-57m) at or near the base of
the surface mixed layer in various oceanic areas were tested for their potential to produce hydrogen (H2) gas.
Results suggest that hydrogen can be bacterially produced through a fermentative process in microanaerobic
niches within particulate matter. The organisms responsible for this process are ubiquitous within the temperate
and tropical waters sampled. Enumeration of potential H 2 -producing bacteria using fluorescent antibody
techniques yielded a maximum at the base of the surface mixed layer, the same depth where the greatest H 2 gas
production potential was observed. Hydrogen-producing bacteria comprised up to 15 percent of the total
bacterial direct count (AODC). These findings indicate that bacteria associated with shallow nepheloid layers
are capable of producing hydrogen gas and thus contributing to the observed supersaturated gas concentration
in the marine environment.
Key words : microbial, hydrogen, potential, nepheloid layer, fluorescent antibody.
RÉSUMÉ - Des échantillons d’eau de mer contenant des particules en suspension ont été prélevés en zone peu
profonde (20 à 57 m) sur ou près de la couche brassée de surface en différents points de l’océan et ont été testés
pour leur potentiel de production d’H 2 . Les résultats suggèrent que l’hydrogène peut être produit, par les
bactéries, lors d’un processus fermentatif dans des microniches anaérobies de la matière particulaire. Les
organismes responsables de ce processus sont ubiquistes dans les échantillons provenant des eaux tempérées et
tropicales. Les numérations maximales de bactéries potentiellement productrices d’hydrogène, faites par des
techniques d’anticorps fluorescents, sont obtenues à la base de la couche brassée de surface ; à cette même
profondeur est observé le potentiel de production d’hydrogène le plus important. Les bactéries productrices
d’hydrogène constituent jusqu’à 15 % des numérations bactériennes totales, effectuées par comptage direct
(AODC). Ces observations indiquent que les bactéries associées aux couches nephéloïdes peu profondes sont
capables de produire de l’hydrogène et contribuent ainsi à la sursaturation en gaz observée dans le milieu marin.
Mots clés: microbien, hydrogène, potentiel, couche nephéloïde, anticorps fluorescent.
INTRODUCTION
Hydrogen is one of several reduced trace gases present in oceanic waters. Studies of its
distribution show a consistent pattern : in tropical and subtropical regions surface waters
are supersaturated with hydrogen with respect to the atmosphere but deep waters are near
atmospheric equilibrium or undersaturated. Polar regions are generally undersaturated
throughout the water column (Bullister, et al., 1979; Herr and Barger, 1978; Herr et
al.,1981; Scranton et ai, 1982; Seiler and Schmidt, 1974).
The vertical distribution and small scale (10
2 meters) horizontal variability (Scranton et
al., 1982) of dissolved hydrogen indicates a biological source for the gas. Also, physical or
chemical processes cannot account for the observed variations in hydrogen saturation
(Herr et al., 1981). Nitrogen-fixing microorganisms and fermentative bacteria are the two
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IFREMER, Actes de Colloques, 3, 1986, pp. 199-208
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MICROBIAL HYDROGEN PRODUCTION POTENTIAL IN SHALLOW OCEANIC NEPHELOID LAYERS
J. R. SCHWARZ, L. A. LOEBLICH, and S. J. SCHROPP
Departments of Marine Biology and Oceanography, Texas A & M University;
GALVESTON, Texas 77553 (USA)
ABSTRACT - Seawater samples taken from shallow suspended particle maxima (20-57m) at or near the base of
the surface mixed layer in various oceanic areas were tested for their potential to produce hydrogen (H2) gas.
Results suggest that hydrogen can be bacterially produced through a fermentative process in microanaerobic
niches within particulate matter. The organisms responsible for this process are ubiquitous within the temperate
and tropical waters sampled. Enumeration of potential H 2 -producing bacteria using fluorescent antibody
techniques yielded a maximum at the base of the surface mixed layer, the same depth where the greatest H 2 gas
production potential was observed. Hydrogen-producing bacteria comprised up to 15 percent of the total
bacterial direct count (AODC). These findings indicate that bacteria associated with shallow nepheloid layers
are capable of producing hydrogen gas and thus contributing to the observed supersaturated gas concentration
in the marine environment.
Key words : microbial, hydrogen, potential, nepheloid layer, fluorescent antibody.
RÉSUMÉ - Des échantillons d’eau de mer contenant des particules en suspension ont été prélevés en zone peu
profonde (20 à 57 m) sur ou près de la couche brassée de surface en différents points de l’océan et ont été testés
pour leur potentiel de production d’H 2 . Les résultats suggèrent que l’hydrogène peut être produit, par les
bactéries, lors d’un processus fermentatif dans des microniches anaérobies de la matière particulaire. Les
organismes responsables de ce processus sont ubiquistes dans les échantillons provenant des eaux tempérées et
tropicales. Les numérations maximales de bactéries potentiellement productrices d’hydrogène, faites par des
techniques d’anticorps fluorescents, sont obtenues à la base de la couche brassée de surface ; à cette même
profondeur est observé le potentiel de production d’hydrogène le plus important. Les bactéries productrices
d’hydrogène constituent jusqu’à 15 % des numérations bactériennes totales, effectuées par comptage direct
(AODC). Ces observations indiquent que les bactéries associées aux couches nephéloïdes peu profondes sont
capables de produire de l’hydrogène et contribuent ainsi à la sursaturation en gaz observée dans le milieu marin.
Mots clés: microbien, hydrogène, potentiel, couche nephéloïde, anticorps fluorescent.
INTRODUCTION
Hydrogen is one of several reduced trace gases present in oceanic waters. Studies of its
distribution show a consistent pattern : in tropical and subtropical regions surface waters
are supersaturated with hydrogen with respect to the atmosphere but deep waters are near
atmospheric equilibrium or undersaturated. Polar regions are generally undersaturated
throughout the water column (Bullister, et al., 1979; Herr and Barger, 1978; Herr et
al.,1981; Scranton et ai, 1982; Seiler and Schmidt, 1974).
The vertical distribution and small scale (10
2 meters) horizontal variability (Scranton et
al., 1982) of dissolved hydrogen indicates a biological source for the gas. Also, physical or
chemical processes cannot account for the observed variations in hydrogen saturation
(Herr et al., 1981). Nitrogen-fixing microorganisms and fermentative bacteria are the two
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