Бактерии используют органический фосфор и в процессе высвобождают метан

У побережья Барбадоса исследователи из Бремена изучили, как бактерии непреднамеренно высвобождают метан для получения фосфора, что оказывает значительное влияние на атмосферные парниковые газы.

Мощный парниковый газ метан постоянно поступает из моря в атмосферу, внося существенный вклад в глобальное потепление. Метан в основном производится микроорганизмами и в основном в местах, где нет кислорода. Однако несколько лет назад исследователи продемонстрировали, что бактерии способны к так называемому аэробному производству метана. Эти бактерии производят метан как побочный продукт при получении фосфора — питательного вещества, жизненно важного для выживания и чрезвычайно редкого в море. С помощью специальных ферментов бактерии могут высвобождать фосфор из органических соединений, таких как метилфосфонат. Важно, что эти ферменты также функционируют в присутствии кислорода, например, в поверхностных водах.

Распространение далеко ниже поверхности воды

Распространение и значение этих бактерий и их способностей все еще плохо изучены. Исследователи из Института морской микробиологии Общества Макса Планка в Бремене опубликовали исследование в Nature Communications, в котором изучают бактериальное производство метана в поверхностных водах у карибского острова Барбадос. В этих водах много кислорода и мало фосфора.

«До сих пор этот процесс изучался лишь в нескольких регионах, в основном в Тихом океане, — объясняет первый автор Ян фон Аркс. — Мы впервые исследовали его в западной тропической части Северной Атлантики». Исследователи показывают, что производство метана наиболее высоко у поверхности воды. «Но мы также смогли обнаружить метан на глубинах до 200 метров, хотя на этих глубинах, собственно, достаточно фосфата и бактериям не нужно было бы использовать метилфосфонат», — говорит старший автор Яна Милучка, руководитель исследовательской группы по парниковым газам в Институте Макса Планка в Бремене.

Кроме того, типы бактерий, производящих метан, несмотря на присутствие кислорода, также меняются с глубиной: в то время как у поверхности доминировала цианобактерия Trichodesmium, хорошо известный и широко распространенный морской первичный продуцент, на больших глубинах преобладали так называемые Alphaproteobacteria.

Углерод из атмосферы: дают и забирают

Используя иначе недоступный источник фосфора — метилфосфонат, бактерии могут фиксировать больше углерода в поверхностных водах, чем если бы они зависели только от фосфата. «Согласно нашим расчетам, бактерии могут покрывать около десятой части своих потребностей в фосфоре за счет метилфосфоната, — говорит фон Аркс. — Это позволяет им удалять значительные количества углекислого газа из атмосферы в этом регионе. Это явно подчеркивает экологическую важность фосфонатов в углеродном цикле бедных питательными веществами регионов океана».

Микроорганизмы улавливают углекислый газ, но они также выделяют гораздо более мощный парниковый газ — метан. «Наше исследование показывает высокое производство метана в насыщенной кислородом толще воды — то, что долгое время считалось невозможным, но теперь наблюдается все чаще, — говорит Милучка. — Поскольку задействованные бактерии встречаются во всех океанах мира, метан, произведенный из метилфосфоната, вероятно, вносит значительный вклад в выброс этого парникового газа из моря, особенно в бедных фосфатом средах».

Связано ли усиление выбросов метана с изменением климата?

Количество метана, попадающего в окружающую среду, зависит от соотношения его производства и окисления. «Однако у нас все еще нет четкого представления о том, откуда берется метан в океане и как он исчезает. Мы также не знаем, как эти так называемые источники и стоки метана в океане отреагируют на продолжающееся изменение климата», — объясняет Милучка.

«Мы предполагаем, что аэробное производство метана будет увеличиваться в будущем, поскольку фосфат станет еще более дефицитным из-за потепления океана и связанной с этим более сильной стратификации водной толщи. Это проблематично, потому что этот процесс происходит в поверхностных водах, и, следовательно, произведенный таким образом метан может немедленно уйти в атмосферу», — добавляет фон Аркс.

Чтобы иметь возможность прогнозировать будущие изменения в выбросах климатически значимых газов, необходимо дальше исследовать задействованные процессы и определяющие факторы. «Если мы понимаем, как работает процесс, у нас больше шансов предсказать и/или противодействовать его негативным последствиям», — заключает фон Аркс.