Открыт универсальный механизм образования метана
В основе образования парникового газа метана лежит универсальный механизм. Это открытие сделали ученые Гейдельбергского университета и Института наземной микробиологии Макса Планка в Марбурге. Междисциплинарная исследовательская группа под руководством проф. д-ра Франка Кепплера из Института наук о Земле и д-ра Ильки Бишофс из Биоквантового центра Руперто Карола выяснила, что метан возникает в клетках организмов в результате чисто химического процесса.
Эти исследования дают, в частности, объяснение тому, почему метан выделяется не только в результате деятельности особых микроорганизмов, но, как уже давно замечено, также растениями и грибами. Полученные в настоящее время результаты являются важным шагом к пониманию аэробного образования метана в окружающей среде.
Метан вносит свой вклад в глобальное изменение климата, являясь парниковым газом. Поэтому естественные и антропогенные причины его появления представляют особый научный интерес.
"Долгое время считалось, что метан образуется только благодаря так называемым древним бактериям или археям, когда они разлагают органические вещества в отсутствие кислорода. Когда научные наблюдения показали, что растения, грибы, водоросли и цианобактерии также образуют метан в присутствии кислорода, это было первоначально приписано ферментативной деятельности", - объясняет Леонард Эрнст, первый автор исследования.
Однако до сих пор ни в одном из этих организмов не было найдено фермента, отвечающего за это. Теперь ученым удалось показать, что метан может образовываться и без такого катализатора - с помощью чисто химического механизма.
Этот механизм приводится в действие реактивными видами кислорода (ROS), которые образуются в процессе метаболической активности клеток. Взаимодействуя с необходимым элементом железом, такие кислородные соединения во всех организмах участвуют в химической реакции, которая, проходя различные этапы, приводит к образованию высокореактивных метаболитов.
Эти вещества способствуют отщеплению метильного радикала от соединений серы и азота. В результате последующей реакции с атомами водорода образуется метан. С помощью бактерии Bacillus subtilis исследователи смогли показать, что степень образования метана напрямую связана с метаболической активностью:
"Чем активнее клетка, тем больше метана образуется", - объясняет д-р Бишофс, руководитель совместной исследовательской группы в центре BioQuant Гейдельбергского университета и в Институте наземной микробиологии Макса Планка.
В ходе исследования удалось показать образование метана под воздействием ROS в более чем 30 модельных организмах - от бактерий и архей до дрожжей и клеток растений и клеточных линий человека. Следовательно, цитируя Леонарда Эрнста, весьма вероятно, что это чисто химическое образование метана происходит во всех организмах. Профессор Кепплер говорит:
"Наши результаты могут стать важной вехой для понимания аэробного образования метана в окружающей среде, поскольку этот универсальный механизм может также объяснить наши более ранние наблюдения за высвобождением метана из растений".
Помимо повышенной метаболической активности, окислительный стресс, вызванный повышением температуры окружающей среды или добавлением ROS-образующих веществ, также привел к повышенному образованию метана в исследуемых организмах. Когда ученые противодействовали ему с помощью антиоксидантов, образование метана снижалось - взаимодействие факторов, которые могут регулировать появление метана в организмах.
"Это взаимодействие с физическими и химическими факторами стресса также объясняет, почему отдельный организм может выделять очень разное количество метана", - сказал Франк Кепплер. "Соответственно, колебания метана в дыхании человека могут свидетельствовать об уровне окислительного стресса или указывать на иммунные реакции". Кроме того, предполагается, что влияние изменения климата на экологические и температурные условия влияет на уровень стресса многих организмов и заставляет их выделять больше метана.
