Метан пъзел, решен в оризови полета

Archaea бактерии, отговорни за влиянието на глобалния климат

Оризови полета във Филипините MPI за наземна микробиология
чете на глас

За около десет до 25 процента от световните емисии на метан са отговорни микроорганизмите в почвите на наводнените оризови полета. Въглеродът за метана идва главно от корени и растителни останки. Малко е известно обаче за онези микроорганизми, които участват в въглеродния цикъл в почвата на оризовото поле. Учените от Max Planck определиха специална група бактерии от археи като основни доставчици на метан от оризово поле. Метаболизмът на тази бактериална група очевидно има глобално значение за климата на Земята.

Метанът е вторият по важност парников газ след въглеродния диоксид. Концентрацията му в атмосферата продължава да се увеличава поради човешки дейности. Освен естествените влажни зони, наводнените оризови полета са особено важни източници, които осигуряват до една четвърт от метана в атмосферата. Този метан се образува в наводнени почви от сложна общност от микроорганизми, които колективно разграждат органичната материя.

В края на този сложен процес на разграждане са така наречените метаногенни археи ("архебактерии"). Те образуват метан чрез разцепване на ацетат до метан и въглероден диоксид или редуциране на въглероден диоксид с водород до метан. Археите черпят жизнената си енергия от двата процеса. Ацетатът и водородът се получават от разграждането на органичната материя, получена от бактериални ферментационни организми.

Голяма част от органичния материал в почвата правят корени. Приблизително 30-60 процента от нетната фотосинтеза на растенията достига до корените, от които около 40-90 процента се отделят в почвата или достигат там като мъртви корени. В оризовите полета микроорганизмите, живеещи в кореновата област, са от решаващо значение за емисиите на метан.

Наводнена оризова почва в оранжерията

Японските изследователи вече са показали, че в оризовите полета до 50 процента от отделения метан идва от фотосинтезата на оризовите растения. По-ранната работа на учените от Max Planck показа, че метанът, произведен от корените на оризовите растения, се дължи главно на намаляването на въглеродния диоксид (с водороден прекис) и че в областта на корените се срещат различни видове метаногенни археи. Коя от тези бактерии е отговорна за образуването на метан, по-рано не беше известно. показ

За да разберат, изследователите от Института за наземна микробиология на Макс Планк в Марбург фумигират саксии с наводнена оризова почва в оранжерията с 13С въглероден диоксид, така че фотосинтетичните продукти на оризовите растения също бяха етикетирани с тежкия 13С въглероден изотоп. Както се очаква, тези тежки фотосинтетични продукти образуват тежък метан, който изтича в атмосферата. Поне 15 процента от този метан идва от фотосинтезата.

Но не само метан, но и археите, образуващи метан, бяха маркирани с тежки въглеродни фотосинтетични продукти. Учените успяха да определят това чрез анализ на съединение, характерно за таксономията, рибозомна РНК. За тази цел те имат рибозомната РНК на всички почвени микроорганизми, отстранени от кореноземната почва и отделят всички дялове, които са белязани с тежък въглерод, чрез центрофугиране с градиент на плътност. Така отделената тежка рибозомна РНК може след това да бъде молекулярно характеризирана чрез анализ на крайния рестрикционен полиморфизъм и чрез клониране и секвениране на рибозомната РНК.

Снимките на метана засега до голяма степен са неизвестни

Както изследователите съобщават в научното списание Science, само определена група археи е белязана с тежкия въглерод, т. Нар. Археи от ориз I (RC-1). По този начин тези археи са включили тежкия въглерод, прилаган върху растенията под формата на 13CO2. Археите RC-I са група от неизолирани преди това метаногенни археи. Интересно е, че именно тази група очевидно действа като основен производител на метан в оризовите полета.

Въпреки че други, много по-добре описани метаногенни групи, като метаносарцини или метанобактерии, също се срещат в земята на кореновите полета, те не участват значително в конверсията на фотосинтетичните продукти, както показаха експериментите. Изследователите предполагат, че вместо това те участват в прилагането на слама, която едва след оран в оризовия пристига и там в крайна сметка също се разгражда до метан.

От досега неизолираните и следователно физиологично слабо характеризирани RC-I археи, в момента има само една култура за обогатяване. Марбургските учени сега са в процес на секвениране на генома на тази обогатена RC-I архея. По този начин те искат да получат по-добър поглед върху възможностите на тази микробна група, която е важна за емисиите на метан от оризовите полета.

(MPG, 12.08.2005 - DLO)