Баланс между процессами производства и потребления метана имеет большое влияние на выбросы этого сильного парникового газа в нашу атмосферу во всем мире. Команда микробиологов и биогеохимиков открыла архея — другую ветвь древних прокариот, помимо бактерий — из отряда Methanosarcinales, который использует железо для преобразования метана в углекислый газ. Во время этого процесса восстановленное железо становится доступным для других бактерий. Следовательно, микроорганизм инициирует энергетический каскад, влияющий на цикл железа и метана и, следовательно, на выбросы метана, как описывают в статье первые авторы Катарина Эттвиг и Баоли Чжу.
Применение при очистке сточных водКроме того, у этих архей есть еще одна хитрость в рукаве.
Они могут превращать нитраты в аммоний: любимую пищу знаменитых анаммокс-бактерий, которые превращают аммоний в газообразный азот без использования кислорода. «Это актуально для очистки сточных вод», — говорит Боран Картал, микробиолог, недавно переехавший из Университета Радбауд в Институт Макса Планка в Бремене. «Биореактор, содержащий анаэробные метан и микроорганизмы, окисляющие аммоний, можно использовать для одновременного преобразования аммония, метана и окисленного азота в сточных водах в безвредный газообразный азот и двуокись углерода, которые имеют гораздо более низкий потенциал глобального потепления». Тот же процесс может быть важен, например, на рисовых полях, на которые приходится около 20 процентов выбросов метана, связанных с деятельностью человека.Ближе, чем ожидалосьНесмотря на многочисленные свидетельства существования таких железозависимых окислителей метана, исследователям так и не удалось их выделить.
Удивительно, но они оказались прямо у порога: «После многих лет поисков мы нашли их в нашей собственной коллекции образцов», — с улыбкой говорит микробиолог Майк Джеттен из Университета Радбауд. «В конце концов мы обнаружили их в обогащающих культурах из Твентеканаала в Нидерландах, которые мы хранили в нашей лаборатории в течение многих лет. Мы получили большое количество биомассы, скармливая их метаном и нитратами». Картал добавляет: «Основываясь на генетическом плане этих микроорганизмов, мы выдвинули гипотезу, что они также могут преобразовывать твердое железо, связанное с окислением метана.
Когда мы проверили нашу гипотезу в лаборатории, эти организмы сделали свое дело». На следующем этапе Картал хочет более подробно рассмотреть детали процесса. «Эти данные заполняют один из оставшихся пробелов в нашем понимании анаэробного окисления метана. Теперь мы хотим продолжить исследование, какие белковые комплексы участвуют в этом процессе».
Магический квадрат микробиологииНесколько лет назад Джеттен и его команда составили таблицу с доступными донорами и акцепторами электронов, которые должны учитывать рост — пока неизвестных — микроорганизмов.
Этакий магический квадрат микробиологии. Он ожидал, что в каждую коробку поместится бактерия или ахеон, поскольку эволюция редко оставляет нишу незанятой.
Его команда уже обнаружила восемь из девяти призрачных микроорганизмов в таблице: Methanosarcinales заполняет предпоследнюю ячейку. «Это действительно особенное открытие», — объясняет Джеттен. «Мы надеемся вскоре обнаружить последний микроорганизм, но австралийские и американские исследователи наступают нам по пятам, так что сейчас захватывающие времена».Миллиарды лет назадНедавно обнаруженный процесс может также привести к новому пониманию ранней истории нашей планеты. Уже миллиарды лет назад археи Methanosarcinales могли процветать в богатой метаном атмосфере железистых (содержащих железо) архейских океанов 4–2,5 миллиарда лет назад.
Таким образом, дополнительная информация о метаболизме этого организма может пролить новый свет на давние дискуссии о роли метаболизма железа на ранней Земле.