Железо повышает энергоэффектив­ность микроорганиз­мов

Открытие ученых поможет более точно прогнозировать климатические изменения

Исследователи из Пенсильванского университета обнаружили, что метаногены (одноклеточный организм, который образует метан в процессе метаболизма в бескислородных условиях, — прим. +1) Methanosarcina acetivorans используют железо для более эффективной выработки энергии при производстве метана. Это открытие поможет контролировать выбросы парниковых газов в атмосферу и более точно прогнозировать изменения климата. Об исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, рассказывает портал Phys.org.

M. acetivorans — это метаноген, который играет важную роль в углеродном цикле. Эти микроорганизмы часто встречаются на морском дне и рисовых полях и участвуют в разложении мертвых растений. Для получения энергии они перерабатывают уксусную кислоту в метан и углекислый газ. По словам ведущего автора исследования, профессора биохимии и молекулярной биологии Джеймса Ферри, метаногены вырабатывают около 1 млрд т метана в год, чем вносят значительный вклад в изменение климата.

Раньше ученые не понимали, как микробы получают достаточно энергии, чтобы выжить в бескислородной среде. Эксперты предположили, что продуктивность метаногенов повышает оксид железа (III) (ржавчина, сложное неорганическое вещество, соединение железа и кислорода — прим. +1). С помощью этого соединения M. acetivorans производит больше метана и аденозинтрифосфата (АТФ, аденозинтрифосфорная кислота) — вещества, которое обеспечивает рост живых организмов.

Ферри отметил, что большинство организмов, в том числе люди, синтезируют АТФ во время дыхания, но для этого нужен кислород. Если кислорода нет, то организмы используют менее эффективный процесс, называемый ферментацией, подобно работе дрожжей в производстве вина и пива. Наличие железа, по словам ученого, позволяет M. acetivorans дышать даже в отсутствие кислорода.

Исследование позволило специалистам обнаружить ранее неизвестный метаболический путь, используемый микробами для преобразования уксусной кислоты в метан в процессе дыхания. Процесс включает большое количество промежуточных этапов, на которых энергия часто теряется в форме тепла. Но ученые определили, что наличие железа помогает избежать потерь с помощью электронной бифуркации (разветвление пути электрона — прим. +1), которая позволяет собирать энергию в виде АФТ, а не тепла. Благодаря этому процесс метаболизма становится более эффективным.

На рисовых полях, которые выбрасывают значительную часть метана в атмосферу, находится большое количество погруженных в воду растений, разлагающихся при участии метаногена M. acetivorans. Ферри сказал, что определение количества присутствующего на полях оксида железа (III) поможет спрогнозировать объемы выбросов метана микроорганизмами и повысить точность моделирования изменений климата.

Авторы работы также подчеркнули, что с увеличением количества железа микроорганизм синтезирует больше CO2, а не метана. Обеспечив метаногены дополнительным железом, ученые смогут изменить количество попадающих в атмосферу парниковых газов, которые производят микроорганизмы. Ферри подчеркнул, что метан в 30 раз более агрессивен по сравнению с углекислым газом, поэтому использование железа может изменить соотношение производимых газов. Это имеет важное значение для замедления глобального потепления. «В будущем мы, возможно, сможем даже пойти дальше и подавить выработку метана этим микроорганизмом», — сказал ученый.