Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
С. Петранек
«Как мы будем жить на Марсе». Глава из книги


М. Кронгауз
«Русский язык на грани нервного срыва. 3D». Главы из книги


Б. Штерн
Ближайшие пригодные для жизни экзопланеты: где они, как их можно наблюдать и как их достичь


Р. Фишман
Истории мутантов: гомеозисные гены


С. Мац
Искривленное зеркало


Л. Полищук
Почему вымерли мамонты и гибнут сайгаки: история о вкладах


В. Кузык
Нос на батарейках


Д. Мамонтов
Взглянуть инопланетянам в глаза


А. Бердников
Машинная точность


Р. Фишман
Великий уравнитель







Главная / Новости науки версия для печати

Анаэробные бактерии научились окислять метан, восстанавливая нитраты


Загадочный консорциум бактерий. Архебактерии, объединенные в кластеры, окрашены в красный цвет, неизвестные эубактерии — в зеленый (фото с сайта noorderlicht.vpro.nl)
Загадочный консорциум бактерий. Архебактерии, объединенные в кластеры, окрашены в красный цвет, неизвестные эубактерии — в зеленый (фото с сайта noorderlicht.vpro.nl)

Группа голландских ученых обнаружила, что в анаэробных условиях на дне водоема неизвестные ранее бактерии способны окислять метан, восстанавливая при этом нитраты и нитриты и выделяя во внешнюю среду молекулярный азот. Причем выяснилось, что участвуют в этом процессе представители двух совершенно разных групп — архебактерии и «настоящие» бактерии, или эубактерии.

На дне пресных водоемов нередко складываются анаэробные условия, поскольку весь имеющийся кислород расходуется бактериями, разлагающими скапливающееся там мертвое органическое вещество (например, остатки растений). В отсутствие кислорода разложение органического вещества также происходит, хотя гораздо медленнее, а его конечным продуктом нередко оказывается метан — CH4. Образуют метан особые бактерии, так называемые метаногены, относящиеся к древней группе архебактерий. Если выделившийся метан попадает в вышележащие слои водной толщи, туда, где есть кислород, он быстро окисляется метанокисляющими бактериями, или, как их еще называют, метанотрофами, — представителями «настоящих» бактерий (эубактерий).

Микробиолог Марк Страус берет из канала пробу донных отложений (фото с сайта noorderlicht.vpro.nl)
Микробиолог Марк Страус берет из канала пробу донных отложений (фото с сайта noorderlicht.vpro.nl)

Ученые предполагали, что возможен процесс, при котором метан окисляется и в анаэробных условиях. Например, электроны могут от метана перемещаться не к кислороду, а к нитратам и нитритам, которые будут восстанавливаться, образуя молекулярный азот. Соответствующее уравнение может быть записано так:

    5CH4 + 8NO3 + 8H+ → 5CO2 + 4N2 + 14H2O

По сути, это реакция денитрификации — давно известная, но в совершенно ином варианте, когда в качестве доноров электронов (восстановителя) выступают разные органические вещества или сера, а не метан. И вот наконец большой группе нидерландских исследователей из Института изучения водных ресурсов и Королевского института морских исследований удалось доказать, что предполагаемый процесс действительно протекает в природе.

Для этого из канала, загрязненного стоками сельскохозяйственного производства, взяли литровую пробу донных осадков и использовали ее как затравку для обогатительной культуры. Условия на дне канала вполне подходили для анаэробного окисления метана: кислород отсутствовал, метан был в изобилии, а кроме того, было довольно много нитратов.

Трансформация соединений азота и углерода в загрязненном водоеме. Пунктирная линия — это раздел между анаэробной зоной (донные отложения) и аэробной (водная толща). Метан, образующийся на дне (1), частично окисляется анаэробно (2), взаимодействуя с нитритами и нитратами. Часть метана проходит выше и окисляется аэробно (3). В левой части рисунка показано образование нитритов и нитратов (4) и обычная денитрификация (5). Рисунок из статьи Thauer, Shima, 2006. Nature, V. 440. P. 878-879
Трансформация соединений азота и углерода в загрязненном водоеме. Пунктирная линия — это раздел между анаэробной зоной (донные отложения) и аэробной (водная толща). Метан (CH4), образующийся на дне (1), частично окисляется анаэробно (2), взаимодействуя с нитритами (NO2) и нитратами (NO3). Часть метана проходит выше и окисляется аэробно (3). В левой части рисунка показано образование нитритов и нитратов (4) и обычная денитрификация (5). Рисунок из статьи Thauer, Shima, 2006. Nature. V. 440. P. 878-879

В лаборатории в культуру (поддерживающуюся в строго анаэробных условиях) всё время подавали метан, а культуральную среду постепенно замещали неорганической, в которой присутствовали нитраты, бикарбонат и необходимые микроэлементы. Спустя 16 месяцев концентрацию нитрата в поступающей свежей среде довели до 6 мМ (миллимолей), но в самой культуре она оставалась весьма невысокой (около 0,1 мМ), что указывало на интенсивное использование этого вещества бактериями.

На рисунке видно, как в культуре в течение суток содержание метана уменьшается, а молекулярного азота возрастет (a), а также как расходуются при этом нитрат и нитрит (b). Опыт проведен в течение 20 часов c культурой, которую выращивали уже 16 месяцев. Концентрации веществ — в микромолях; нитрата — в миллимолях. Рис. из статьи в Nature
На рисунке видно, как в культуре в течение суток содержание метана уменьшается, а молекулярного азота возрастет (a), а также как расходуются при этом нитрат и нитрит (b). Опыт проведен в течение 20 часов c культурой, которую выращивали уже 16 месяцев. Концентрации веществ — в микромолях; нитрата — в миллимолях. Рис. из статьи в Nature

Доказать потребление метана методически было сложнее, но и это удалось, когда в культуру перестали подавать метан, нитриты и нитраты. На рисунке хорошо видно, как при этом падала концентрация потребляемых веществ и как возрастало содержание молекулярного азота. Гораздо труднее было решить вопрос о том, какие же именно бактерии осуществляют анаэробное окисление метана. Выделить их в чистую культуру не удавалось (с чем нередко сталкиваются микробиологи), однако, опираясь на последовательность генов 16S рибосомальной РНК и используя метод флюоресцентной in situ гибридизации (FISH), авторы работы выяснили, что изученный процесс осуществляет консорциум из двух разных бактерий.

Одна из них — эубактерия, близкая тем, что были взяты из анаэробной зоны японского озера Бива, где происходит интенсивная денитрификация (на эту бактерию приходится более 80% клеток). Другая — из группы архебактерий, близка к некоторым описанным формам из сильно загрязненных водоемов (на нее приходится 10-20% клеток). Наличие архебактерий подтверждено и присутствием так называемых «биомаркеров» — специфических веществ, свойственных только определенной группе организмов. Пока неизвестно, каково же «разделение труда» между двумя столь разными микроорганизмами.

Источник: Ashna A. Raghoebarsing, Arjan Pol, Katinka T. van de Pas-Schoonen, Alfons J. P. Smolders, Katharina F. Ettwig, W. Irene C. Rijpstra, Stefan Schouten, Jaap S. Sinninghe Damsté, Huub J. M. Op den Camp, Mike S. M. Jetten, Marc Strous. A microbial consortium couples anaerobic methane oxidation to denitrification // Nature. 2006. V. 440. P. 918-921.

Алексей Гиляров


Комментарии (2)



Последние новости: БиологияХимияНауки о ЗемлеАлексей Гиляров

26.08
Расшифрована структура комплекса I дыхательной цепи митохондрий быка
15.08
У черно-белых ястребов больше птенцов выращивают родители с разной окраской
2.08
Гибридизация однодомных и двудомных растений увеличивает разнообразие половых фенотипов
23.07
Млекопитающие с относительно крупным мозгом более уязвимы
15.07
Самки синиц поют при появлении хищника
12.07
Антропогенные факторы стали причиной исчезновения двух видов австралийских грызунов
11.07
Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных
7.07
В бирманском янтаре мелового периода найден вымерший убийца пауков
6.07
Метанокисляющие микроорганизмы донных осадков оказались неожиданно разнообразными
5.07
Биоразнообразие стимулирует собственный рост

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия