Nature Communications: Бактерии в озерах борются с изменением климата

Метан — это парниковый газ, который часто образуется в морской и пресной воде. К счастью, существуют микроорганизмы, которые могут использовать метан для роста и выработки энергии, предотвращая его выброс в атмосферу. Эти микроорганизмы называются метанотрофами и считаются важным биологическим фильтром метана.

Метанотрофы включают в себя различные группы микроорганизмов, и многое о них ещё предстоит узнать. Исследование учёных из Института морской микробиологии имени Макса Планка в Бремене (Германия) и швейцарского института Eawag, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает удивительные способности некоторых из этих организмов и их роль для климата.

Аэробные микроорганизмы в бескислородных водах

Учёные Сина Шорн и Яна Милукка из Института Макса Планка в Бремене исследовали озеро Цуг в Швейцарии. В этом озере на глубине около 120 метров нет кислорода, но там есть аэробные метанокисляющие бактерии (МОБ). Эти бактерии обычно зависят от кислорода. До сих пор было непонятно, могут ли они расщеплять метан в бескислородной воде.

Команда Милукки и Шорна решила изучить микроорганизмы, обитающие в озёрах. Для этого они добавили в образцы воды молекулы метана с «тяжёлыми» атомами углерода. Затем учёные проследили путь тяжёлого углерода в клетках бактерий с помощью специальных приборов. Так они увидели, как бактерии преобразуют метан в углекислый газ. Часть углерода была включена в бактериальные клетки. Это позволило определить, какие из них активны. Используя современные методы, учёные также изучили метаболические пути бактерий.

Только одна группа бактерий активна без кислорода

Сина Шорн, исследователь из Университета Гётеборга, говорит: «Наши результаты показывают, что аэробные MOB остаются активными и в бескислородной воде. Но это касается только определённого вида MOB, который можно узнать по форме клеток. Удивительно, но эти клетки были одинаково активны как с кислородом, так и без него».

Получается, что если скорость окисления метана в бескислородных водах ниже, то это связано не с активностью бактерий, а с тем, что таких палочковидных клеток там меньше.

Метаболическая универсальность против высвобождения метана

Исследователи из Института Макса Планка обнаружили ещё один сюрприз при изучении бактерий.

Яна Милукка, руководитель группы по исследованию парниковых газов в Институте Макса Планка в Бремене, объясняет:

Мы смогли определить по генам, как бактерии реагируют на нехватку кислорода». Учёные нашли гены, которые используются для особого типа ферментации на основе метана. В окружающей среде этот процесс ещё не изучался, хотя в лаборатории его уже продемонстрировали на культурах MOB. Также исследователи нашли у бактерий гены денитрификации, вероятно, позволяющие бактериям использовать нитрат вместо кислорода для получения энергии.

Ферментация MOB интересна тем, что в процессе они могут выделять вещества, которые другие бактерии используют для роста. Это значит, что углерод из метана дольше сохраняется в озере и не попадает в атмосферу. Получается, что MOB поглощают часть углерода в бескислородной среде — это нужно учитывать в будущих расчётах.

Значительное сокращение нынешних и будущих выбросов метана

В этом исследовании учёные из Бремена объясняют, кто и как расщепляет метан в бескислородной среде. Эти бактерии важны для сдерживания выбросов метана.

Шорн говорит, что метан — мощный парниковый газ, ответственный за треть текущего глобального потепления. Окисление метана микроорганизмами — единственный биологический поглотитель этого газа. Поэтому деятельность бактерий важна для контроля выбросов метана и регулирования климата. Учитывая увеличение бескислородных условий в озёрах умеренной зоны, ожидается, что роль MOB в деградации метана будет расти. Результаты исследования позволяют предположить, что в будущем эти бактерии помогут смягчить последствия выбросов парниковых газов и сохранить углерод.

12.08.2024