Странные изотопы: ученые объяснили парадокс изотопов метана на морском дне

Метан (CH₄) — не только мощный парниковый газ, но и важный энергоноситель. На морском дне специализированные археи ANME, живущие в консорциумах с бактериями, потребляют его в процессе анаэробного окисления метана (АОМ) в сульфат-метановых переходных зонах. Исследователи из Института морской микробиологии им. Макса Планка, MARUM (Германия) и Института Вейцмана (Израиль) решили давний изотопный парадокс, связанный с этим процессом, и опубликовали результаты в журнале Science Advances.

Парадокс заключался в том, что в зонах АОМ часто обнаруживается метан, обедненный тяжелым изотопом ¹³C, хотя по логике окисления легкий ¹²C-метан должен потребляться первым, обогащая остаток ¹³C. Это ставило под сомнение роль архей ANME как окислителей. Эксперименты с культурами ANME показали, что при высоких концентрациях сульфата процесс идет "по учебнику", но при его нехватке окисляемый метан, вопреки ожиданиям, становится легче.

Ключ к разгадке дало моделирование. Оказалось, что каскад из семи реакций АОМ, катализируемых теми же ферментами, что и при метаногенезе, является обратимым. При низкой доступности сульфата некоторые частичные реакции меняют направление, в результате тяжелые изотопы "застревают" в реакционной цепи, а легкие возвращаются в метан. "Микроорганизмы хотят провести реакцию, но ограничены низкой концентрацией сульфата", — поясняет Джонатан Гропп. Это объясняет формирование легкого метана в естественных сульфат-метановых переходных зонах, где сульфата часто мало. "Теперь мы знаем, что окислители метана сами могут отвечать за обеднение метана по ¹³C. Для этого не требуется метаногенез", — заключает Маркус Эльверт.