Окисление метана за счет кислорода, производимого водорослями

В озерах с бескислородными (аноксичными) придонными водами выбросы метана значительно снижены. Однако, вопреки прежним представлениям, удаление метана происходит не благодаря археям или анаэробным бактериям. Новое исследование озера Каданьо в кантоне Тичино показывает, что за это ответственны аэробные протеобактерии. Необходимый им кислород производится in situ фотосинтезирующими водорослями.

В отличие от океанов, пресноводные озера и тропические водохранилища являются значительными источниками выбросов метана. Этот парниковый газ образуется при разложении органического материала, оседающего на дне. Хотя озера занимают гораздо меньшую долю поверхности Земли, чем океаны, на их долю приходится значительно большая часть выбросов метана. Основной вклад вносят хорошо перемешанные озера, в то время как выбросы из стратифицированных (слоистых) озер с аноксичными придонными водами сильно снижены. До сих пор считалось, что процессы удаления метана в таких озерах аналогичны морским. Однако новое исследование, проведенное в озере Каданьо учеными из Швейцарского федерального института водных наук и технологий (Eawag) и Института морской микробиологии Макса Планка (Бремен, Германия), показывает, что это не так.

Ученые продемонстрировали, что метан почти полностью потребляется в аноксичных водах озера Каданьо, но не обнаружили там известных анаэробных бактерий или архей, окисляющих метан, которые ответственны за этот процесс в морских системах. Вместо этого в пробах воды с глубины около 12 метров было обнаружено обилие аэробных протеобактерий — до 240 000 клеток на миллилитр.

«Мы, конечно, задались вопросом, как эти аэробные бактерии могут выживать в бескислородных водах», — говорит первый автор исследования Яна Милучка. Лабораторные эксперименты показали, что окисление метана стимулировалось только при добавлении кислорода к пробам in vitro или при их освещении. Ученые пришли к выводу, что необходимый бактериям кислород производится фотосинтезом у соседствующих с ними диатомовых водорослей. Анализ методом флуоресцентной микроскопии подтвердил, что метанокисляющие бактерии семейства Methylococcaceae находятся в тесной близости от диатомей и могут использовать производимый ими кислород.

Благодаря совместной активности бактерий и диатомей метан потребляется в озере, а не выбрасывается в атмосферу. Такой тип удаления метана ранее не описывался для пресноводных систем. «Похоже, учебники придется переписывать для озер с аноксичными слоями, а также для некоторых морских зон», — комментирует руководитель проекта Карстен Шуберт. Аэробные метанокисляющие бактерии могут играть значительную роль везде, где достаточно света проникает в аноксичные слои воды, что характерно для большинства швейцарских озер.