Secretul din adâncuri, dezvăluit: o rețea electrică vie, formată din microbi, consumă cel mai periculos gaz din ocean

În adâncurile întunecate ale oceanului, o cantitate uriașă de metan, un puternic gaz cu efect de seră, este împiedicată să ajungă în atmosferă. De ani de zile, oamenii de știință știu că un filtru viu, format din microbi, este responsabil pentru acest serviciu ecologic vital. Acum, un nou studiu dezvăluie mecanismul fascinant din spatele acestui proces: o asociere strânsă de microorganisme care transferă electroni între ele pentru a „devora” metanul.

Majoritatea metanului generat în sedimentele marine este neutralizat înainte de a se putea evapora, mulțumită acestor comunități microbiene care prosperă în absența oxigenului. Cercetarea, condusă de Hang Yu de la Universitatea din Beijing, aduce claritate asupra modului în care funcționează acest parteneriat esențial. Cercetătorul, expert în microbiologie marină cu peste un deceniu de experiență în studiul proceselor biochimice subacvatice, a condus proiecte similare pentru NOAA și Academia Chineză de Științe.

Procesul, cunoscut sub numele de oxidare anaerobă a metanului, se bazează pe o colaborare între două tipuri de microorganisme: arhee metanotrofe, care inițiază reacția, și bacterii sulfato-reducătoare, care o finalizează. Acești parteneri formează adesea aglomerări compacte pe fundul mării, lucrând în echipă. Cercetătorii au lucrat săptămâni întregi într-un laborator presurizat, simulând condiții de adâncime extremă pentru a replica mediul natural al acestor microbi.

O rețea electrică vie: cum funcționează parteneriatul microbian care consumă metan

Arheele extrag electroni din moleculele de metan, dar se confruntă cu o problemă – acești electroni trebuie să fie transferați undeva. Aici intervin partenerii lor bacterieni. Aceștia preiau electronii și îi folosesc pentru a „respira” sulfat, un compus abundent în apa de mare, menținând astfel întregul sistem în funcțiune.

„Aceste parteneriate microbiene acționează ca niște santinele naturale, jucând un rol crucial în limitarea eliberării de metan în ocean și atmosferă”, a explicat Yu. Pentru a înțelege cum se deplasează electronii de la o celulă la alta, echipa sa a colectat probe din zone cu emanații de metan din Marea Mediterană, bazinul Guaymas și de pe coasta Californiei.

În laborator, cercetătorii au presat aglomerările de celule pe microelectrozi și au monitorizat semnalele electrice. Măsurătorile au relevat că electronii se deplasau pe distanțe microscopice, de aproximativ 0,005 milimetri. Semnalul dispărea atunci când probele erau încălzite sau expuse la oxigen, dar supraviețuia fixării chimice, un indiciu clar că proteinele, și nu simple substanțe chimice dizolvate, formau calea de transport a electronilor.

Experimentele au confirmat că electronii pot sări pe distanțe care acoperă mai multe celule, suficient pentru a conecta procesul de oxidare a metanului din arhee cu cel de reducere a sulfatului din bacterii.

Cea mai plauzibilă explicație este existența unui lanț de proteine conductoare, cunoscute sub numele de citocromi c multi-hemici. Acestea funcționează ca niște fire biologice care transmit electronii de-a lungul și între celule. Descoperiri similare la rudele de apă dulce ale acestor microbi susțin această ipoteză.

Implicațiile controlării gazului metan la nivel microbian

Această cercetare umple un gol important în cunoașterea noastră, oferind măsurători directe ale mișcării electronilor în aceste parteneriate de pe fundul mării. De asemenea, explică de ce celulele trebuie să rămână atât de apropiate: dacă electronii pot călători doar pe distanțe foarte mici, proximitatea este esențială pentru a menține eficiența transferului.

O mai bună înțelegere a acestui mecanism poate ajuta la perfecționarea modelelor climatice, care acum pot include transportul de electroni pe bază de proteine. Mai mult, înțelegerea modului în care natura controlează metanul deschide calea către aplicarea acestor principii în sisteme proiectate, precum bioreactoarele pentru tratarea apelor reziduale bogate în metan.

Deși aceste comunități microbiene cresc lent și sunt greu de replicat, clarificarea mecanismului lor de funcționare reprezintă un pas fundamental. Acum știm că o rețea electrică pe bază de proteine leagă acești parteneri vitali, stabilind un obiectiv clar pentru viitoarele eforturi de monitorizare și inginerie.

Studiul a fost publicat în revista științifică Science Advances.