Methan (CH4) ist ein starkes Treibhausgas mit einem 28- bis 34-mal höheren Treibhauspotenzial als Kohlendioxid im Zeitmaßstab von Jahrhunderten. Die mikrobielle CH4-Oxidation wirkt als Biofilter und verhindert, dass mehr als 90 % des CH4 in die Atmosphäre gelangen.
Traditionell sind aerobe CH4-oxidierende Bakterien (MOB) O2-abhängig, um auf CH4 als ihrer einzigen Kohlenstoff- und Energiequelle zu wachsen. Zunehmende Studien haben gezeigt, dass MOB in anoxischen Umgebungen vorhanden und sogar aktiv sind, ohne O2 als Elektronenakzeptor von ihnen zu verwenden, aber ihre Überlebensstrategie und ihr ökologischer Beitrag sind immer noch mysteriös.
Forscher um Dr. Li Biao aus dem Team von Prof. Wu Qinglong am Nanjing Institute of Geography and Limnology der Chinese Academy of Sciences (NIGLAS) haben zusammen mit ihren Mitarbeitern die Überlebensstrategien von MOB unter anoxischen Bedingungen untersucht. Ihre Ergebnisse wurden in veröffentlicht Wasserforschung.
Nach zweijähriger Anreicherung erhielten die Forscher ein angereichertes Konsortium, das von γ-MOB, Methylomonas und mehreren anderen heterotrophen Bakterien dominiert wurde, jedoch ohne anaerobe Methanotrophe.
Sie fanden heraus, dass das MOB-Konsortium die CH4-Oxidation und die Fe(III)-Reduktion unter Anoxie unter Verwendung von Elektronenshuttles wie Riboflavin koppeln kann. Innerhalb des MOB-Konsortiums wandelte MOB CH4 in niedermolekulare organische Stoffe wie Acetat für die Bakterien des Konsortiums als Kohlenstoffquelle um, während letztere Riboflavin absonderten, um den extrazellulären Elektronentransfer zu erleichtern.
„Eine metabolische Flexibilität wurde bei dieser herkömmlich als O2-abhängigen Mikrobe MOB beobachtet. Angesichts der Tatsache, dass Eisen das vierthäufigste Element auf der Erde ist und im Allgemeinen in Seesedimenten reichlich vorhanden ist, kann die Verwendung von Eisenoxiden als Elektronenakzeptoren ein kritischer Lebensstil für MOB sein und eine wichtige CH4-Senke auf der frühen Erde, wo anoxische Bedingungen allgegenwärtig sind“, sagte Dr. Li.
In den anoxischen Sedimenten vor Ort waren mehrere Arten von Mikroben, die mit dem Konsortium assoziiert sind, einschließlich Methylomonas, transkriptionell aktiv. Darüber hinaus reduzierte die vom MOB-Konsortium vermittelte Fe(III)-Reduktion in Verbindung mit der CH4-Oxidation 40,3 % der CH4-Emissionen in den eisenreichen Sedimenten.
„Es gibt viele eisenreiche Gebiete in Südchina, MOB in diesen eisenreichen Gebieten kann eine entscheidende Rolle bei der Minderung der CH4-Emission selbst unter Anoxie spielen. Unsere Studie zeigt, wie MOBs unter Anoxie überleben, und erweitert das Wissen über dieses zuvor übersehene CH4 versinken in eisenreichen Sedimenten“, sagte Dr. Li.
Mehr Informationen:
Biao Li et al, Eisenoxide wirken als alternativer Elektronenakzeptor für aerobe Methanotrophe in anoxischen Seesedimenten, Wasserforschung (2023). DOI: 10.1016/j.waters.2023.119833