Растения выделяют метан. Биохимики и климатологи в ужасе

Тропические леса, «зеленые легкие планеты», производят не только кислород, но и десятки миллионов тонн метана в год (фото с сайта www.imperial.ac.uk)
Тропические леса, «зеленые легкие планеты», производят не только кислород, но и десятки миллионов тонн метана в год (фото с сайта www.imperial.ac.uk)

Зеленые растения выделяют метан. Это сенсационное открытие немецких ученых может перевернуть сложившиеся представления о биохимии растений, глобальном круговороте углерода и механизмах климатических изменений на нашей планете.

Метан — гораздо более «сильный» парниковый газ, чем двуокись углерода. По сравнению с доиндустриальной эпохой содержание метана в атмосфере увеличилось почти втрое. Неудивительно, что в последние десятилетия ведутся углубленные исследования и учет всех источников атмосферного метана: как техногенных (сжигание органики, добыча ископаемого топлива), так и биологических. Считалось, что есть только один биологический процесс, в ходе которого выделяется метан, и только одна группа организмов, способных этот процесс осуществлять. Это метаногенные архебактерии — очень древние и во многом загадочные микроорганизмы, получающие энергию за счет восстановления углекислого газа или ацетата молекулярным водородом в бескислородных условиях с выделением метана в качестве конечного продукта.

Метаногены живут в разнообразных, порой весьма экзотических средах: в глубине болот (болотный газ), в кишечнике животных (тоже понятно), в толще осадка на дне океанов, озер, прудов и затопленных рисовых плантаций, в городских свалках и даже в недрах земли, в трещинах и полостях горных пород, до глубины 8-10 км. В качестве «пищи» их вполне устраивает смесь углекислого газа с водородом; углекислота есть повсюду, а источниками водорода служат либо бактерии-бродильщики, сбраживающие органику в бескислородных условиях, либо рзультаты реакции воды с перегретыми горными породами вблизи магматических очагов.

По расчетам выходило, что в сумме все эти источники поставляют в атмосферу около 600 млн тонн метана в год. Однако в прошлом, 2005-м, году было обнаружено аномально высокое содержание метана в тропических районах над вечнозелеными лесами. Масштаб аномалии свидетельствовал о существовании неучтенного источника метана, благодаря которому за период наблюдений (с августа по ноябрь 2005 года) в атмосферу дополнительно поступило 30-40 млн тонн горючего газа.

Молекула метана (рис. с сайта www.astrosurf.org)
Молекула метана (рис. с сайта www.astrosurf.org)

Франк Кепплер из Института Макса Планка (Гейдельберг, Германия) и его коллеги подошли к проблеме просто. Если метан образуется над тропическими лесами, подумали они, почему бы не проверить, не выделяется ли этот газ самими растениями? И не важно, что такое предположение противоречит всему, что известно о биохимии и физиологии зеленых растений...

Нарвали листьев и проверили. Выделяется. И не так уж мало: от 0,2 до 3 нанограммов на грамм сухого веса зеленой массы в час (при температуре 30°C). Процесс происходит в обычных аэробных условиях, которые для метаногенных архебактерий смертельны. На всякий случай ученые простерилизовали листья гамма-лучами и убедились, что на выделение метана это никак не повлияло. Таким образом, газ выделяется самими листьями, а не какими-либо притаившимися микробами. «Это однозначно свидетельствует о существовании до сих пор неизвестного пути синтеза метана в зеленых листьях», — скромно пишут исследователи в статье, опубликованной 12 января в журнале Nature.

«До сих пор неизвестного» — это мягко сказано. Немыслимого. Фантастического. Так будет точнее.

Разобравшись с сорванными листьями, стали проверять целые живые растения. Оказалось, что они выделяют на 1-2 порядка больше метана, чем мертвая листовая масса. Процесс резко активизируется на свету, вплоть до 870 нанограммов на грамм сухого веса в час.

Добавив в почву помеченный изотопом 13C ацетат, ученые доказали, что растения синтезируют метан не из ацетата, как это делают многие архебактерии-метаногены. Резкое усиление эмиссии газа при повышении температуры (вплоть до 70°C) свидетельствует о том, что процесс этот, скорее всего, неферментативный (т. е. не катализируется каким-то специальным ферментом, как у метаногенных архебактерий).

Завершающий этап метаногенеза у метаногенных архебактерий. Фермент, катализирующий данную реакцию, есть только у этих микроорганизмов
Завершающий этап метаногенеза у метаногенных архебактерий. Фермент, катализирующий данную реакцию, есть только у этих микроорганизмов

Растения лесов и саванн из-за особенностей фотосинтеза заметно отличаются друг от друга по соотношению изотопов 13C/12C. Такие же различия обнаружились и в выделяемом этими растениями метане.

Все эти факты однозначно показывают, что живые растения синтезируют метан сами, без участия микробов, а сам процесс растительного метаногенеза радикально отличается от архебактериального. Ученые допускают, что источниками растительного метана могут служить метоксильные группы (–OCH3) пектина и лигнина — обычных растительных углеводов.

Измерив интенсивность метаногенеза у многих видов растений из разных климатических зон, ученые попытались вычислить суммарное количество метана, выделяемого всеми зелеными растениями планеты. Разумеется, речь идет лишь о самой первой приблизительной оценке. Получилось, что живые растения выделяют от 60 до 240 млн тонн метана в год (причем основной вклад вносят тропические леса и саванны), и еще от 0,5 до 7 млн тонн производят опавшие листья. Все это вместе составляет 10-30% общего ежегодного поступления метана в атмосферу, включая техногенные источники.

Если полученные данные не окажутся результатом какой-то грандиозной ошибки, ученым придется пересмотреть (или, по крайней мере, существенно дополнить) имеющиеся представления о биохимии растений, углеродном цикле и механизмах климатических изменений.

Ну, а первую реакцию научного сообщества на сенсационную статью можно охарактеризовать единственной фразой: «Как мы умудрились это проглядеть?!»

Источник: F. Keppler et al. Methane emissions from terrestrial plants under aerobic conditions // Nature. 2006. V. 439. P. 187-191.

См. также:
Д. Кастинг. Когда погоду делал метан

Александр Марков


0
Написать комментарий


    Другие новости


    Элементы

    © 2005-2017 «Элементы»