Микробы образуют живые электрические сети для фильтрации метана со дна океана

Метан — мощный парниковый газ — постоянно просачивается со дна океана и может попасть в атмосферу. Международная группа учёных под руководством специалистов из USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences обнаружила, как крошечные микроорганизмы работают вместе как живая электрическая сеть, потребляя часть этого газа до его выброса, действуя как мощный живой фильтр.

Эти данные, раскрывающие, как микробы естественным образом сокращают выбросы метана, могут привести к инновационным стратегиям для лучшего контроля высвобождения метана как в природных, так и в искусственных условиях.

Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, проливает свет на уникальное партнёрство между двумя очень разными микробами: анаэробными метанотрофными археями (ANME) и сульфатредуцирующими бактериями (SRB).

По отдельности ни один из этих микробов не может потреблять метан. Когда ANME разлагают метан, процесс высвобождает электроны, которые необходимо передать — это процесс, известный как редокс-реакция, в которой электроны перемещаются от одной молекулы к другой, подобно тому, как люди полагаются на кислород как акцептор электронов. Без акцептора электронов потребление метана останавливается.

Здесь на помощь приходят их бактериальные партнёры.

Неспособные сами потреблять метан, SRB помогают, принимая электроны, высвобождаемые в процессе, и передавая их своему акцептору электронов — сульфату, что питает их собственный метаболизм.

«Эти два очень разных микроба объединяются в физически взаимосвязанные кластеры, — сказал Мох Эль-Наггар, профессор физики, астрономии, химии и биологических наук в USC Dornsife и один из ведущих исследователей. — И весь процесс работает, потому что проводящие редокс-белки связывают их в функционирующие электрические цепи».

Используя специализированные электрохимические методы, международная исследовательская группа — включая учёных из Caltech, Пекинского университета и Института морской микробиологии Макса Планка — впервые измерила этот обмен электронами в лаборатории, используя образцы, собранные из различных морских метановых сипов, включая Средиземное море, бассейн Гуаймас и побережье Калифорнии.

«Эти микробные партнёрства действуют как естественные дозорные, играя решающую роль в ограничении выброса метана в океан и атмосферу», — сказал Хан Юй, ведущий автор исследования, который начал эту работу девять лет назад во время своей докторской диссертации в Caltech и продолжил её как постдок в USC Dornsife.

Сейчас доцент Пекинского университета, Юй добавил: «Раскрывая, как функционируют эти партнёрства, мы получаем представление о том, как жизнь эволюционировала в течение миллиардов лет, даже в экстремальных условиях, чтобы потреблять мощные парниковые газы».

Исследователи говорят, что открытие предлагает новое понимание того, как невидимая микробная активность может влиять на системы Земли способами, которые мы только начинаем понимать.

«Людей может удивить, что микробы, даже в самых отдалённых местах, работают вместе сложными способами, влияющими на процессы планетарного масштаба», — сказала Виктория Орфан, профессор экологических наук и геобиологии в Caltech и соавтор исследования.

«Это открытие, результат почти десятилетия междисциплинарных исследований, является свидетельством настойчивости и сотрудничества в науке. Оно подчёркивает, как много нам ещё предстоит узнать о микробных экосистемах, от которых мы зависим».