Неожиданный источник метана в окружающей среде был случайно обнаружен.
Азотфиксирующие бактерии являются основным средством преобразования газообразного азота в воздухе в форму, пригодную для использования растениями и животными. Примерно 10 процентов этих азотфиксирующих микроорганизмов содержат генетический код для производства резервного фермента, называемого нитрогеназой, содержащей только железо, для выполнения своей работы.
Недавние исследования показывают, что этот фермент позволяет этим микроорганизмам одновременно преобразовывать газообразный азот в аммиак и углекислый газ в метан. Аммиак является основным продуктом; метан только побочный эффект.
Этот ферментативный путь является ранее неизвестным путем естественного биологического производства метана.
Выводы опубликованы 15 января в журнале Nature Microbiology. Старшим автором является Кэролайн Харвуд, профессор микробиологии Джеральда и Лин Гринштейн в Медицинской школе Вашингтонского университета. Ведущим автором является Яннин Чжэн, докторант в своей лаборатории.
«Метан является мощным парниковым газом. Вот почему важно учитывать все его источники», - сказал Харвуд.
Помимо того, что метан высвобождается из ископаемого топлива, он также образуется в результате жизнедеятельности микробов. За один год микроорганизмы, многие из которых обитают в океане и разлагающихся болотах, образуют и потребляют не менее миллиарда тонн метана.
Археи, одноклеточные формы жизни, предпочитающие суровые условия окружающей среды, являются основными генераторами метана. Для этого они используют сложные химические пути, некоторые из которых уже прослеживаются учеными.
Помимо его экологического значения, лучшее понимание различных способов, которыми микроорганизмы производят метан, важно с медицинской точки зрения. Производство метана может играть роль во взаимодействиях микробных сообществ, населяющих людей и животных. Метан в кишечнике, например, подозревается в том, что он способствует некоторым расстройствам пищеварения.
Однако, хотя железосодержащая нитрогеназа была идентифицирована несколько десятилетий назад, ученые еще не заметили, что она тоже может использоваться некоторыми микроорганизмами для производства метана.
«Этот фермент забыт», - сказал Чжэн.
Его команда изучает адаптирующуюся бактерию Rhodopseudomonas palustris, которая может получать энергию в результате различных реакций. Тем не менее, исследователи не ожидали, что метан, который они искали, будет генерироваться в этом организме железосодержащей нитрогеназой.
«Появились недавние доказательства того, что нитрогеназа, содержащая только железо, активна в микробах чаще и в большем количестве условий, чем мы думали ранее», - заметил Чжэн.
Чтобы убедиться, что этот путь образования метана не является исключительным для Rhodopseudomonas palustris, они проверили аналогичные способности у трех других азотфиксирующих видов бактерий, у которых есть нитрогеназа, содержащая только железо.
Они также изучили данные, которые показали, что гены нитрогеназы, содержащей только железо, были обнаружены у ряда физиологически разнообразных микроорганизмов, которые также различаются по условиям, в которых они выживают.
Они также узнали, что способность Rhodopseudomonas palustris производить даже незначительное количество метана позволяет бактериям, использующим метан, расти в той же лабораторной культуре.
Вероятно, по мнению исследователей, подобные взаимодействия происходят в природе и поддерживают деятельность метанокисляющих бактерий. Эта форма производства метана может, например, помочь сформировать взаимодействие микробных сообществ в морских отложениях, в почве и в микробиомах, живущих в людях и животных.