Metanogēni — arhejas, kas ražo metānu anoksiskos apstākļos
Metanogēni ir mikroorganismi, kas anoksiskos apstākļos kā blakusproduktu veido metānu. Šie organismi ir arhejas, kas atšķiras no baktērijām gan šūnu uzbūvē, gan bioķīmiskajās reakcijās. Tie parasti ir jutīgi pret skābekli un dzīvo videi, kur skābekļa nav, piemēram mitrājos, kur tie ir nozīmīgi purva gāzes (biogāzes) veidotāji.
Metabolisms un galvenie ceļi
Metanogēni ražo metānu galvenokārt trijos metaboliskos ceļos:
- hidrogenotrofi: reducē CO2 ar H2 (CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O),
- acetoklastiski: sašķeļ etiķskābi (acetātu) uz metānu un oglekļa dioksīdu (CH3COO− → CH4 + CO2),
- metilotrofi: izmanto dažādus metilētus savienojumus (piem., metilamīnus, metilētas sulfonātskābes atlikumus).
Par metanogēno reakciju katalizēšanu atbild īpašs enzīms, metil-koenzīma M reduktāze (MCR), kura ir svarīgs bioķīmijas marķieris metanogēniem.
Atrašanās vietas un ekoloģiskās attiecības
Metanogēni dzīvo dažādās anoksiskās vidēs. Tie ir izplatīti arī tādu dzīvnieku kā atgremotāju un cilvēku gremošanas traktā, kur metāns bieži vien tiek izgarots ar elpu vai izdalīts citiem ceļiem. Vēl viena svarīga vides niša ir jūras nogulumos, īpaši tajās vietās, kur sulfātu saturs ir zems — sulfātus reducējošās baktērijas citādi konkurē ar metanogēniem par substrātiem.
Metanogēnu populācijas bieži darbojas sinerģijā ar citām mikroorganismu grupām. Piemēram, sintrofiskas baktērijas sašķeļ organiskās vielas līdz slāpekļa skābekļa pazeminātām starpproduktiem (piem., ūdeņraža vai acetāta formā), ko pēc tam izmanto metanogēni. Šī sadarbība ir būtiska anaerobā notekūdeņu attīrīšanā un dabīgā organiskā materiāla degradācijā.
Ekstrēmofilie metanogēni un dziļās biosfēras klātbūtne
Daži metanogēni ir ekstrēmofili, kas spēj izdzīvot un vairoties karstajos avotos, zemūdens hidrotermālajos avotos, kā arī Zemes garozas iežos kilometrus zem virsmas. Metāns arī uzkrājas permafrostā un metāna hidrātos (klatrātos), kas ir svarīgi klimatiskā cikla aspekti.
Nozīme cilvēcei un klimata ietekme
Metanogēni ir svarīgi biotehnoloģijā: tie ir galvenie biogāzes ražošanas organisms anaerobajās reaktoros, kur tiek pārstrādātas organiskās atkritumu vielas uz enerģētiski vērtīgu biometānu. Anaerobā notekūdeņu attīrīšanā metanogēnu darbība palīdz samazināt organisko vielu slodzi un vienlaikus ražot enerģiju.
Tajā pašā laikā metāns ir spēcīgs siltumnīcefekta gāzes komponents, tāpēc metanogēnu aktivitāte dabiskajās vidēs (piem., purvos, aizsalumos, lauksaimniecības un lopkopības sistēmās) ietekmē globālo siltumnīcefekta gāzu emisiju bilanci.
Praktiskas piezīmes un atšķirības
Metanogēnus ir grūti audzēt laboratorijā, jo tie prasa pilnīgi anaerobus apstākļus un specifiskus substrātus. Tie neaizvieto baktērijas un nav metanotrofi — nejauciet tos ar organismiem, kas patērē metānu. Metanotrofi izmanto metānu savām oglekļa un enerģijas vajadzībām, kamēr metanogēni to ražo.
Apkopojot: metanogēni ir arhejas, kas anaerobos apstākļos veido metānu, spēlējot svarīgu lomu organiskās vielas sadalē, enerģijas ražošanā anaerobās sistēmās un globālā oglekļa ciklā.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir metanogēni?
A: Metanogēni ir mikroorganismi, kas anoksiskos apstākļos kā metabolisku blakusproduktu ražo metānu.
J: Kāda ir metanogēnu darbības joma?
A: Metanogēni pieder arheju domēnam, kas atšķiras no baktēriju domēna.
J: Kur parasti sastopami metanogēni?
A: Metanogēni ir izplatīti mitrājos, kur tie rada purva gāzi, un dzīvnieku, piemēram, atgremotāju un cilvēku, gremošanas traktā.
J: Kā metāns rodas jūras nogulumos?
A: Metāns jūras nogulumos rodas, kad sulfātu līmenis ir zems, un tas notiek zem virsējiem slāņiem.
J: Kāda ir metanogēno arheju populāciju loma anaerobā notekūdeņu attīrīšanā?
A: Metanogēno arheju populācijām ir svarīga loma anaerobā notekūdeņu attīrīšanā.
J: Kur var atrast ekstrēmofīlos metanogēnus?
A.: Ekstremofīlie metanogēni ir sastopami tādās vidēs kā karstie avoti, zemūdens hidrotermālie avoti un Zemes garozas "cietie" ieži kilometrus zem zemes virsmas.
Kāds ir process, kurā metanogēni pārvērš etiķskābi metānā?
A: Metanogēni fermentācijas procesā pārvērš etiķskābi metānā.
