Универсальный механизм образования метана обнаружен

Образование парникового газа метана основано на универсальном механизме. Это открытие сделали учёные из Гейдельбергского университета и Института наземной микробиологии Макса Планка в Марбурге. Междисциплинарная исследовательская группа под руководством профессора Франка Кепплера и доктора Ильки Бишофс выяснила, что метан возникает в клетках организмов в результате чисто химического процесса. Исследования, в частности, объясняют, почему метан выделяется не только в результате деятельности специальных микроорганизмов, но также растениями и грибами. Эти выводы — важный шаг к пониманию аэробного образования метана в окружающей среде.

Метан вносит вклад в глобальное изменение климата как парниковый газ. Поэтому его естественные и антропогенные причины возникновения представляют особый научный интерес. «Долгое время считалось, что метан образуется только так называемыми древними бактериями или археями при разложении органических веществ в отсутствие кислорода. Когда научные наблюдения показали, что растения, грибы, водоросли и цианобактерии также образуют метан в присутствии кислорода, это изначально объясняли ферментативной активностью», — поясняет Леонард Эрнст, первый автор исследования. Однако до сих пор ни в одном из этих организмов не был найден ответственный за это фермент. Теперь учёным удалось показать, что метан может образовываться и без такого катализатора — с помощью чисто химического механизма.

Этот механизм запускается активными формами кислорода (АФК), которые возникают в результате метаболической активности клеток. Во взаимодействии с железом такие кислородные соединения во всех организмах участвуют в химической реакции, которая через различные этапы приводит к образованию высокореактивных метаболитов. Эти вещества способствуют отщеплению метильного радикала от соединений серы и азота. Метан образуется в результате последующей реакции с атомами водорода. С помощью бактерии Bacillus subtilis исследователи смогли показать, что степень образования метана напрямую связана с метаболической активностью: «Чем активнее клетка, тем больше образуется метана», — объясняет доктор Бишофс.

Исследование продемонстрировало АФК-зависимое образование метана у более чем 30 модельных организмов — от бактерий и архей до дрожжей, растительных клеток и клеточных линий человека. Следовательно, по словам Леонарда Эрнста, очень вероятно, что это чисто химически запускаемое образование метана происходит у всех организмов. Профессор Кепплер говорит: «Наши выводы могут стать вехой в понимании аэробного образования метана в окружающей среде, поскольку этот универсальный механизм также может объяснить наши более ранние наблюдения за выделением метана растениями».

Помимо повышенной метаболической активности, окислительный стресс, вызванный более высокими температурами окружающей среды или добавлением АФК-образующих веществ, также приводил к усиленному образованию метана у изученных организмов. Когда учёные противодействовали этому с помощью антиоксидантов, образование метана снижалось — это взаимодействие факторов может регулировать возникновение метана в организмах. «Это взаимодействие с физическими и химическими стрессовыми факторами также объяснило бы, почему отдельный организм может выделять очень разное количество метана», — говорит Франк Кепплер. «Соответственно, колебания метана в дыхании человека могут давать указания на уровень окислительного стресса или указывать на иммунные реакции». Кроме того, предполагается, что последствия изменения климата для условий окружающей среды и температуры влияют на уровень стресса многих организмов и заставляют их выделять больше метана.