Метаногены – это микроорганизмы, вырабатывающие метан в качестве побочного продукта метаболизма в условиях гипоксии . Они прокариотические и относятся к домену Archaea . Все известные метаногены принадлежат к типу архей Euryarchaeota . Метаногены распространены в водно -болотных угодьях , где они ответственны за болотный газ , и в пищеварительном тракте животных, таких как жвачные животные и многие люди , где они ответственны за содержание метана в отрыжке жвачных животных и метеоризме у людей.[1] В морских отложениях биологическое производство метана, также называемое метаногенезом , обычно происходит там, гдеистощены сульфаты , ниже верхних слоев. [2] Более того, популяции метаногенных архей играют незаменимую роль в анаэробной очистке сточных вод. [3] Другие являются экстремофилами , обитающими в таких средах, как горячие источники и подводные гидротермальные жерла , а также в «твердых» породах земной коры, в километрах от поверхности.
Метаногены бывают кокковидными (сферической формы) или бациллами (палочковидными). Описано более 50 видов метаногенов, которые не образуют монофилетическую группу (поскольку внутри них возникли галоархеи ), хотя все известные метаногены относятся к Euryarchaeota . В основном это анаэробные организмы , которые не могут функционировать в аэробных условиях, но недавно был идентифицирован вид ( Candidatus Methanothrix paradoxum ), который может функционировать в бескислородных микросайтах в аэробных условиях. Они очень чувствительны к присутствию кислорода даже в следовых количествах. Обычно они не могут выдерживать кислородный стресс в течение длительного времени. Однако Methanosarcina barkeriисключительным является наличие фермента супероксиддисмутазы (СОД) и может выживать дольше, чем другие, в присутствии O 2 . [4] [5] Некоторые метаногены, называемые гидрогенотрофными , используют двуокись углерода (CO 2 ) в качестве источника углерода и водород в качестве восстановителя .
Восстановление диоксида углерода в метан в присутствии водорода можно выразить следующим образом:
Часть CO 2 реагирует с водородом с образованием метана, который создает электрохимический градиент через клеточную мембрану, используемый для образования АТФ посредством хемиосмоса . Напротив, растения и водоросли используют воду в качестве восстановителя .
У метаногенов отсутствует пептидогликан , полимер, который содержится в клеточных стенках бактерий, но не в стенках клеток архей . Некоторые метаногены имеют клеточную стенку, состоящую из псевдопептидогликана . Другие метаногены не имеют, но имеют по крайней мере один паракристаллический массив (S-слой), состоящий из белков , которые собираются вместе, как головоломка . [6]
Метаногены играют жизненно важную экологическую роль в анаэробной среде , удаляя избыточный водород и продукты брожения, которые были произведены другими формами анаэробного дыхания . Метаногены обычно процветают в среде, в которой все акцепторы электронов , кроме CO 2 (такие как кислород , нитраты , трехвалентное железо (Fe(III)) и сульфаты ), истощены. В глубоких базальтовых породах вблизи срединно-океанических хребтов они могут получать водород в результате реакции серпентинизации оливина , как это наблюдается вгидротермальное поле Затерянного города .