|
Новые группы организмов, вырабатывающие метан
|
|
|
|
Команда ученых из Университета штата Монтана предоставила первые экспериментальные доказательства того, что две новые группы микробов, обитающих в термальных зонах Йеллоустонского национального парка, производят метан — открытие, которое в один прекрасный день может способствовать разработке методов смягчения последствий изменения климата и дать представление о потенциальной жизни в других частях нашей Солнечной системы.
|
|
|
|
Журнал Nature на этой неделе опубликовал результаты работы лаборатории Роланда Хатценпихлера, доцента кафедры химии и биохимии Колледжа литературы и науки МГУ и заместителя директора Института термальной биологии университета.
|
|
|
|
В двух научных статьях описывается, как исследователи МГУ подтвердили существование первых известных примеров одноклеточных организмов, вырабатывающих метан, за пределами рода Euryarchaeota, который является частью более крупной ветви древа жизни, называемой археи.
|
|
|
|
Одноклеточные организмы, вырабатывающие метан, называются метаногенами. В то время как люди и другие животные едят пищу, вдыхают кислород и выдыхают углекислый газ, чтобы выжить, метаногены потребляют небольшие молекулы, такие как углекислый газ или метанол, и выдыхают метан. Большинство метаногенов являются строгими анаэробами, что означает, что они не могут выжить в присутствии кислорода.
|
|
|
С 1930-х годов ученым было известно, что многие анаэробные организмы из семейства архей являются метаногенами, и в течение десятилетий они считали, что все метаногены относятся к одному типу: эвриархеотам.
|
|
|
|
Но около 10 лет назад микробы с генами, отвечающими за метаногенез, начали обнаруживаться в других типах, в том числе в одном, который называется Thermoproteota. Этот тип включает две микробные группы, называемые Methanomethylicia и Methanodesulfokora.
|
|
|
|
"Все, что мы знали об этих организмах, - это их ДНК", - сказал Хатценпихлер. "Никто никогда не видел клетки с этими предполагаемыми метаногенами; никто не знал, действительно ли они используют свои гены метаногенеза или растут каким-то другим способом.
|
|
|
|
Хатценпихлер и его исследователи решили проверить, живут ли эти организмы путем метаногенеза, основываясь в своей работе на результатах исследования, опубликованного в прошлом году одной из его бывших аспиранток в МГУ Маккензи Лайнс.
|
|
|
|
Образцы были взяты из отложений в горячих источниках Йеллоустонского национального парка с температурой от 141 до 161 градуса по Фаренгейту (61-72 градуса по Цельсию).
|
|
|
|
Благодаря тому, что Хатценпихлер назвал "кропотливой работой", докторант МГУ Энтони Кохц и научный сотрудник Виола Крукенберг вырастили йеллоустонских микробов в лаборатории. Микробы не только выжили, но и процветали — и они производили метан. Затем команда работала над описанием биологии новых микробов, привлекая штатного ученого Закари Джея и других сотрудников ETH Zurich.
|
|
|
|
В то же время исследовательская группа под руководством Лэй Чэна из китайского института биогаза Министерства сельского хозяйства и по делам сельских районов и Дианы Соуза из Вагенингенского университета в Нидерландах успешно вырастила еще один из этих новых метаногенов, над проектом они работали в течение шести лет.
|
|
|
|
"До наших исследований с этими микробами не проводилось никаких экспериментальных работ, кроме секвенирования ДНК", - сказал Хатценпихлер.
|
|
|
|
Он сказал, что Ченг и Соуза предложили представить совместные исследования для публикации, и статья Ченга, в которой сообщается о выделении другого представителя Methanomethylicia, была опубликована совместно с двумя исследованиями лаборатории Хатценпихлера.
|
|
|
|
По словам Хатценпихлера, в то время как одна из недавно выявленных групп метаногенов, метанодесульфокора, по-видимому, встречается только в горячих источниках и глубоководных гидротермальных источниках, метанометилиции широко распространены.
|
|
|
|
Иногда они обнаруживаются на очистных сооружениях сточных вод и в пищеварительном тракте жвачных животных, а также в морских отложениях, почвах и водно-болотных угодьях. Хатценпихлер сказал, что это важно, поскольку, по данным Агентства по охране окружающей среды США, метаногены производят 70% мирового объема метана - газа, который в 28 раз эффективнее углекислого газа удерживает тепло в атмосфере.
|
|
|
|
"Уровень метана растет гораздо быстрее, чем уровень углекислого газа, и люди выбрасывают метан в атмосферу с большей скоростью, чем когда-либо прежде", - сказал он.
|
|
|
|
Хатценпихлер сказал, что, хотя эксперименты дали ответ на важный вопрос, они позволили получить гораздо больше информации, которая послужит основой для будущей работы. Например, ученые пока не знают, зависят ли метанометилиции, обитающие в неэкстремальных условиях, от метаногенеза для роста, или же они растут другими способами.
|
|
|
|
"Я уверен, что иногда они растут, выделяя метан, а иногда делают что-то совсем другое, но мы не знаем, когда они растут, как и почему". Сказал Хатценпихлер. - Теперь нам нужно выяснить, когда они способствуют круговороту метана, а когда нет".
|
|
|
|
В то время как большинство метаногенов Euryarchaeota используют CO2 или ацетат для производства метана, Methanomethylicia и Methanodesulfokora используют такие соединения, как метанол. По словам Хатценпихлера, это свойство может помочь ученым научиться изменять условия в различных средах, где они встречаются, таким образом, чтобы в атмосферу выбрасывалось меньше метана.
|
|
|
|
Этой осенью его лаборатория начнет сотрудничество с сельскохозяйственной научно-исследовательской фермой МГУ в Боузмене, которая предоставит образцы для дальнейших исследований метаногенов, обнаруженных в организме крупного рогатого скота. Кроме того, новые аспиранты, которые присоединятся к лаборатории Хатценпихлера осенью, определят, выделяют ли недавно обнаруженные археи метан в сточных водах, почвах и водно-болотных угодьях.
|
|
|
|
По словам Хатценпихлера, метанометилиции также обладают удивительной клеточной архитектурой. Он сотрудничал с двумя учеными из ETH Zurich, Мартином Пилхофером и аспирантом Николаем Петросяном, чтобы показать, что микроб образует ранее неизвестные межклеточные трубки, которые соединяют две или три клетки друг с другом.
|
|
|
|
"Мы понятия не имеем, почему они их образуют. Подобные структуры редко встречаются у микробов. Возможно, они обмениваются ДНК; возможно, они обмениваются химическими веществами. Мы пока не знаем", - сказал Хатценпихлер.
|
|
|
|
Хатценпихлер обсудил результаты двух исследований в онлайн-лекции и в недавнем подкасте Matters Microbial, а также подготовил инфографику о круговороте метана.
|
|
|
|
Источник
|
