Metaanigeenit — metaania tuottavat arkeonit: määritelmä ja merkitys
Tutustu metaanigeeneihin — metaania tuottaviin arkeoneihin: määritelmä, ekologinen ja teollinen merkitys kosteikoista suolistoon ja jätevedenkäsittelyyn.
Metaanigeenit ovat mikro-organismeja, jotka tuottavat metaania aineenvaihdunnan sivutuotteena anoksisissa olosuhteissa. Nämä organismit ovat arkeoita, jotka ovat bakteereista erilainen alue elämän puissa. Metaanigeenit ovat yleensä tiukkoja anaerobeja (ovat herkkiä hapelle) ja niillä on arkeoille tyypillisiä soluominaisuuksia, kuten erilainen solukalvon lipidikoostumus ja usein peptidoglykaanista poikkeava soluseinä (pseudomureiini). Metanogeneesi — metaanin tuotanto — on prosessi, joka esiintyy lähes yksinomaan arkeoneilla ja on tärkeä osa hiilen kiertoa maapallolla. Metaanigeenejä tavataan runsaasti erityisesti kosteikoissa, joissa ne tuottavat suokaasua.
Miten metaania syntyy?
Metaanigeenit tuottavat metaania useista eri lähteistä käyttäen erilaisia substraatteja. Tyypillisiä reitintekijöitä ovat:
- vety (H2) ja hiilidioksidi (CO2) — yleisin reitti monille lajeille
- etikkahappo (asetaatti) — erityisesti asetaattia käyttävät lajit muuttavat etikkahapon suoraan metaaniksi ja hiilidioksidiksi
- metanolit ja metyylitamiinit — jotkin lajit käyttävät näitä metyyliryhmiä
- formiaatti ja muut yksinkertaiset yhdisteet
Tärkeä entsyymi metanogeneesissä on metyylikoentsyymi M -reduktaasi (MCR), ja genomi- ja funktionaalisissa tutkimuksissa mcrA-geeniä käytetään usein metaanigeenien tunnistamiseen.
Esiintyminen ja ekologinen merkitys
Metaanigeenit esiintyvät laajalti erilaisissa anaerobisissa ympäristöissä. Ne ovat yleisiä myös eläinten, kuten märehtijöiden ja ihmisten, ruoansulatuskanavassa, jossa ne osallistuvat orgaanisen aineen hajotukseen ja voivat aiheuttaa metaanipäästöjä (esim. röyhtäilyssä).
Meren sedimenteissä metaania syntyy usein siinä kerroksessa, jossa sulfaattien määrä on alhainen — ylempänä sedimenttipylvästä sulfaattia kuluttavat bakteerit kilpailevat substraateista ja estävät metanogeneesiä. Metaanigeenipopulaatioilla on myös tärkeä rooli anaerobisessa jätevedenkäsittelyssä, jossa ne osallistuvat orgaanisen aineen hajotukseen ja biokaasun tuotantoon. Jotkin metaanigeenit ovat extremofiilejä ja esiintyvät esimerkiksi kuumissa lähteissä ja merenalaisissa hydrotermisissä purkausaukoissa sekä syvällä maankuoren kiinteissä kivikerroksissa kilometrien syvyydessä.
Rakenne, taksonomia ja vuorovaikutukset
Metaanigeenit kuuluvat pääosin arkeonien Euryarchaeota-ryhmään (vaikka taksonomiassa on jatkuvasti uusia löydöksiä). Ne voivat olla yksisoluisia ja erimuotoisia (sauva-, kiekko- tai ellipsoidirakenteisia). Metaanigeenit toimivat usein syntrofisesti muiden mikro-organismien kanssa: fermentoivat bakteerit hajottavat orgaanista ainesta ja tuottavat vedyn ja muut substraatit, joita metaanigeenit hyödyntävät. Tämä yhteistyö on keskeistä monien anaerobisten ekosysteemien, kuten suojen ja mädätyslaitosten, toiminnalle.
Tärkeys ihmiselle ja ilmastolle
Metaanigeenien tuottama biogeeninen metaani on merkittävä kasvihuonekaasu. Luonnollisia lähteitä ovat kosteat suot, meren sedimentit ja perinnebiotoopit; ihmistoiminnasta peräisin olevia merkittäviä lähteitä ovat mm. karjatalous (märehtijät), riisipellot, kaatopaikat ja jätevedenkäsittely. Toisaalta metaanigeenien hallittu käyttö on teknologisesti hyödyllistä: anaerobinen mädätys tuottaa biokaasua, jota voidaan hyödyntää energiana ja lannoitteiden tuotannon sivuvirtoina.
Ilmaston kannalta metaanigeenien toiminnan rajoittaminen tai metaanin talteenotto (esim. kaatopaikkojen kaasun keräys, tehokkaampi mädätys ja ruokintakäytännöt tuotantoeläimillä) ovat keskeisiä keinoja metaanipäästöjen vähentämiseksi.
Sovellukset ja tutkimus
Metaanigeenejä hyödynnetään biokaasun tuotannossa ja jätevedenkäsittelyssä, ja niiden metaboliasta kiinnostutaan sekä perustutkimuksessa että sovelluksissa (esimerkiksi katalyytit, bioreaktorit). Tutkimuksessa käytetään molekyylibiologisia tunnusmerkkejä kuten mcrA-geeniä metaanigeenien kartoittamiseen ympäristöistä.
Älä sekoita niitä metaanitrofeihin, jotka käyttävät metaania hiilen ja energian tarpeisiinsa — nämä metaania kuluttavat organismit (metanotrofit) toimivat usein metaanin poimijoina ekosysteemeissä ja vähentävät sitä kautta metaanipäästöjä.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä ovat metanogeenit?
V: Metanogeenit ovat mikro-organismeja, jotka tuottavat metaania aineenvaihdunnan sivutuotteena anoksisissa olosuhteissa.
K: Mikä on metanogeenien alue?
V: Metaanigeenit kuuluvat arkeoihin, jotka eroavat bakteereista.
K: Missä metaanigeenejä esiintyy yleisesti?
V: Metaanigeenit ovat yleisiä kosteikoissa, joissa ne tuottavat suokaasua, ja eläinten, kuten märehtijöiden ja ihmisten, ruoansulatuskanavissa.
K: Miten metaania tuotetaan merisedimenteissä?
V: Metaania syntyy merisedimenteissä, kun sulfaattien määrä on alhainen, ja tämä tapahtuu ylimpien kerrosten alapuolella.
K: Mikä on metaania tuottavien arkeiapopulaatioiden merkitys anaerobisessa jätevedenkäsittelyssä?
V: Metanogeenisilla arkeiapopulaatioilla on tärkeä rooli anaerobisissa jätevesien käsittelyissä.
Kysymys: Missä extremofiilisiä metanogeenejä esiintyy?
V: Extremofiilisiä metanogeeneja voi esiintyä ympäristöissä, kuten kuumissa lähteissä, merenalaisissa hydrotermisissä purkausaukoissa ja maankuoren "kiinteässä" kivessä kilometrien syvyydessä.
K: Millä prosessilla metanogeenit muuttavat etikkahapon metaaniksi?
V: Metanogeenit muuttavat etikkahapon metaaniksi käymisprosessissa.
Etsiä