Metanogēni — arhejas, kas ražo metānu anoksiskos apstākļos

Uzzini par metanogēniem — arhejām, kas anoksiskos apstākļos ražo metānu: to lomu mitrājos, atgremotāju zarnās, notekūdeņu attīrīšanā un ekstrēmofilos.

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?

J: Kāda ir metanogēnu darbības joma?

J: Kur parasti sastopami metanogēni?

J: Kā metāns rodas jūras nogulumos?

J: Kāda ir metanogēno arheju populāciju loma anaerobā notekūdeņu attīrīšanā?

J: Kur var atrast ekstrēmofīlos metanogēnus?

Kāds ir process, kurā metanogēni pārvērš etiķskābi metānā?

Meklēt pēc burta