Анаэробное окисление метана
Анаэробное окисление метана ( АОМ ) — метанозатратный микробный процесс, происходящий в бескислородных морских и пресноводных отложениях . Известно, что АОМ встречается среди мезофилов , а также у психрофилов , термофилов , галофилов , ацидофилов и алкофилов . [1] Во время АОМ метан окисляется различными акцепторами концевых электронов, такими как сульфат , нитрат , нитрит и металлы , либо отдельно, либо в синтрофии с организмом-партнером. [2]
В сочетании с восстановлением сульфатов
[ редактировать ]
Общая реакция такая:
- СН 4 + ТАК 4 2− → ОХС 3 − + ГС − + Н 2 О
Сульфат-зависимый АОМ опосредуется синтрофным консорциумом метанотрофных архей и сульфатредуцирующих бактерий . [7] Они часто образуют небольшие агрегаты, а иногда и объемные маты. Архейный партнер обозначается сокращенно ANME, что означает «анаэробный метанотроф ». ANME очень тесно связаны с метаногенными архей, и недавние исследования показывают, что AOM представляет собой ферментативное обращение метаногенеза . [8] До сих пор плохо изучено, как взаимодействуют синтрофные партнеры и какими интермедиатами происходит обмен между архейной и бактериальной клеткой. Исследования АОМ затруднены тем, что ответственные организмы не выделены. Это связано с тем, что эти организмы демонстрируют очень медленные темпы роста с минимальным временем удвоения, составляющим несколько месяцев.Бесчисленные попытки изоляции не смогли выделить ни одного из анаэробных метанотрофов. Возможное объяснение может заключаться в том, что археи ANME и SRB имеют облигатное синтрофное взаимодействие и поэтому не могут быть изолированы индивидуально.
В бентических морских районах с сильными выбросами метана из ископаемых резервуаров (например, в холодных просачиваниях , грязевых вулканах или месторождениях газогидратов ) АОВ может быть настолько высокой, что хемосинтезирующие организмы, такие как нитчатые серные бактерии (см. Beggiatoa ) или животные (моллюски, трубчатые черви) с симбионтами сульфидокисляющие бактерии могут питаться большими количествами сероводорода , образующимися при АОМ. Бикарбонат HCO ( 3 − ), образующиеся из АОМ, могут (i) связываться в отложениях в результате осаждения карбоната кальция или так называемых аутигенных карбонатов метана [9] и (ii) попадут в вышележащую толщу воды. [10] карбонаты метана Известно, что аутигенные являются наиболее 13 Карбонаты, обедненные углеродом на Земле, с δ 13 значения C составляют всего -125 на мил По данным PDB, . [11]
В сочетании с восстановлением нитратов и нитритов
[ редактировать ]Общие реакции следующие:
- СН 4 + 4 НЕТ 3 − → СО 2 + 4 NO 2 − + 2 Н 2 О
- 3 СН 4 + 8 НЕТ 2 − + 8 ч. + → 3 CO 2 + 4 N 2 + 10 H 2 O
Недавно было показано, что ANME-2d ответственен за АОМ, вызванный нитратами. [5] ANME-2d, получивший название Methanoperedens nitroreducens , способен выполнять АОМ, управляемый нитратами, без организма-партнера посредством обратного метаногенеза с нитратом в качестве терминального акцептора электронов, используя гены восстановления нитратов, которые были переданы латерально от бактериального донора. Это также был первый полный обратный путь метаногенеза, включающий гены mcr и mer .
В 2010 году омический анализ , особенно метагеномный , показал, что восстановление нитритов может быть связано с окислением метана одним видом бактерий Candidatus Mmethylomirabilis oxyfera ( тип NC10 ) без необходимости в архейном партнере. [12]
Экологическая значимость
[ редактировать ]АОМ считается очень важным процессом, снижающим выбросы парникового газа метана из океана в атмосферу. Подсчитано, что почти 80% всего метана, образующегося в морских отложениях, окисляется в результате этого процесса анаэробно. [13]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Данфилд, Питер Ф. (2009), «Метанотрофия в экстремальных условиях» , eLS , John Wiley & Sons, Ltd, doi : 10.1002/9780470015902.a0021897 , ISBN 978-0-470-01590-2 , получено 19 ноября 2021 г.
- ^ Рейманн, Иоахим; Джеттен, Майк С.М.; Келтьенс, Ян Т. (2015). «Глава 7, раздел 4. Ферменты при нитрит-управляемом окислении метана ». У Питера М.Х. Кронека; Марта Э. Соса Торрес (ред.). Поддержание жизни на планете Земля: металлоферменты, усваивающие дикислород и другие жевательные газы . Ионы металлов в науках о жизни. Том. 15. Спрингер. стр. 281–302. дои : 10.1007/978-3-319-12415-5_7 . ISBN 978-3-319-12414-8 . ПМИД 25707470 .
- ^ МакГлинн С.Э., Чедвик Г.Л., Кемпес С.П., Сирота VJ (2015). «Активность одиночных клеток свидетельствует о прямом переносе электронов в метанотрофных консорциумах». Природа . 526 (7574): 531–535. Бибкод : 2015Natur.526..531M . дои : 10.1038/nature15512 . ПМИД 26375009 . S2CID 4396372 .
- ^ Вегенер Г., Крукенберг В., Ридель Д., Тегетмейер Х.Э., Боэций А. (2015). «Межклеточная связь обеспечивает перенос электронов между метанотрофными архей и бактериями». Природа . 526 (7574): 587–590. Бибкод : 2015Natur.526..587W . дои : 10.1038/nature15733 . hdl : 21.11116/0000-0001-C3BE-D . ПМИД 26490622 . S2CID 4391386 .
- ^ Jump up to: а б Харун М.Ф., Ху С., Ши Ю., Имелфорт М., Келлер Дж., Хугенхольц П., Юань З., Тайсон Г.В. (2013). «Анаэробное окисление метана в сочетании с восстановлением нитратов у новой линии архей». Природа . 500 (7464): 567–70. Бибкод : 2013Natur.500..567H . дои : 10.1038/nature12375 . ПМИД 23892779 . S2CID 4368118 .
- ^ Рагобарсинг, А.А.; Пол, А.; ван де Пас-Шоонен, КТ; Смолдерс, AJP; Эттвиг, К.Ф.; Рийпстра, WIC; и др. (2006). «Микробный консорциум сочетает анаэробное окисление метана с денитрификацией». Природа . 440 (7086): 918–921. Бибкод : 2006Natur.440..918R . дои : 10.1038/nature04617 . hdl : 1874/22552 . ПМИД 16612380 . S2CID 4413069 .
- ^ Книттель, К.; Боэций, А. (2009). «Анаэробное окисление метана: прогресс неизвестного процесса». Анну. Преподобный Микробиол . 63 : 311–334. дои : 10.1146/annurev.micro.61.080706.093130 . hdl : 21.11116/0000-0001-CC96-0 . ПМИД 19575572 .
- ^ Шеллер С., Гёнрих М., Бочер Р., Тауэр Р.К., Яун Б. (2010). «Ключевой никелевый фермент метаногенеза катализирует анаэробное окисление метана». Природа . 465 (7298): 606–8. Бибкод : 2010Natur.465..606S . дои : 10.1038/nature09015 . ПМИД 20520712 . S2CID 4386931 .
- ^ Ритгер, Скотт А.; Карсон, Бобб; Зюсс, Эрвин (1987). «Аутигенные карбонаты метана, образовавшиеся в результате вытеснения поровой воды, вызванного субдукцией, вдоль границы Орегона и Вашингтона». Бюллетень ГСА . 98 (2): 147. Бибкод : 1987GSAB...98..147R . doi : 10.1130/0016-7606(1987)98<147:MACFBS>2.0.CO;2 .
- ^ Акам, Саджад А.; Гроб, Ричард; Абудла, Хусейн; Лайонс, Тимоти (2020). «Насос растворенного неорганического углерода в заряженных метаном неглубоких морских отложениях: современное состояние и перспективы новой модели» . Границы морской науки . 7 (206). дои : 10.3389/fmars.2020.00206 . ISSN 2296-7745 .
- ^ Дрейк, Х.; Астром, Мэн; Хейм, К.; Броман, К.; Астром, Дж.; Уайтхаус, М.; Иварссон, М.; Сильестрем, С.; Шовалл, П. (2015). «Экстрим 13 C истощение карбонатов, образующихся при окислении биогенного метана в трещиноватом граните» . Nature Communications . 6 : 7020. Bibcode : ...6.7020D . doi : 10.1038/ncomms8020 . PMC 4432592. . PMID 25948095 2015NatCo
- ^ Эттвиг К.Ф., Батлер МК, Ле Паслье Д., Пеллетье Э., Манжено С., Кайперс М.М., Шрайбер Ф., Дутил Б.Е., Зеделиус Дж., де Бир Д., Глорих Дж., Весселс Х.Дж., ван Ален Т., Люскен Ф., Ву М.Л., ван де. Пас-Шоонен К.Т., Оп ден Кэмп Х.Дж., Янссен-Мегенс Э.М., Франкойс К.Дж., Стунненберг Х., Вайссенбах Дж., Джеттен М.С., Строус М. (2010). «Анаэробное окисление метана нитритами оксигенными бактериями» (PDF) . Природа . 464 (7288): 543–8. Стартовый код : 2010Natur.464..543E . дои : 10.1038/nature08883 . ПМИД 20336137 . S2CID 205220000 .
- ^ Рибоу, Уильям С. (2007). «Биогеохимия океанического метана» . Химические обзоры . 107 (2): 486–513. дои : 10.1021/cr050362v . ПМИД 17261072 . S2CID 41852456 .
Библиография
[ редактировать ]- Деннис Д. Коулман; Дж. Бруно Рисатти; Мартин Шоелл (1981) Фракционирование изотопов углерода и водорода метанокисляющими бактериями | Geochimica et Cosmochimica Acta | Том 45, выпуск 7, июль 1981 г., страницы 1033-1037 | https://doi.org/10.1016/0016-7037(81)90129-0 | абстрактный
Внешние ссылки
[ редактировать ]
