Окисление не обязательно означает непосредственное соединение вещества с газообразным кислородом. В химическом смысле это отдача электронов, которым нужен получатель — акцептор. Поэтому метан может окисляться в бескислородной среде, если сообщество располагает подходящим способом передачи электронов. Это принципиально отличает процесс от метаногенеза, при котором метан образуется.
В морских осадках особенно важна связь с восстановлением сульфата. Упрощённая суммарная схема: CH₄ + SO₄²⁻ → HCO₃⁻ + HS⁻ + H₂O. Углерод метана переходит в растворённый неорганический углерод, а сера — в восстановленную форму. Схема описывает итог, но не показывает всех клеточных и межвидовых этапов.
Почему участники процесса работают совместно
В исследовании морских отложений, опубликованном в Nature в 2000 году, обнаружены тесные агрегаты анаэробных метанотрофных архей и сульфатредуцирующих бактерий. Их присутствие и расположение связали с интенсивным потреблением метана. Это стало важным свидетельством роли микробных объединений: итоговую реакцию нельзя всегда приписать одному организму, действующему независимо от соседей.[1]
Другие пути связаны с соединениями азота. В работе 2013 года показано окисление метана, сопряжённое с восстановлением нитрата, у новой исследованной линии архей. Это расширило представление о возможных акцепторах электронов и связало обмен метана с азотным циклом. Наличие нитрата при этом не означает, что процесс обязательно идёт с высокой скоростью в любом водоёме.[2]
Особенно необычен механизм бактерии Candidatus Methylomirabilis oxyfera. Эксперименты показали связь потребления нитрита с образованием азота и внутренним получением кислорода, используемого для окисления метана. Поэтому слово «анаэробное» здесь описывает внешнюю среду: отдельный внутриклеточный этап может использовать кислород, произведённый самой системой. Это важное исключение из слишком простой схемы «кислорода нет нигде».[3]
Как возникает природный барьер для метана
В донных слоях метан и подходящий акцептор часто поступают с разных сторон. Потребление сосредоточивается там, где их потоки встречаются и условия позволяют работать сообществу. Если метан движется слишком быстро, проходит пузырьками или обходит активную зону, часть потока может миновать этот биологический барьер. Поэтому наличие метанотрофов не гарантирует полного удержания газа.
Для климата существенно количество метана, которое в итоге достигает атмосферы, а не только его образование в глубине. Анаэробное окисление способно уменьшить этот выход, но перевод углерода в другую форму не означает его исчезновения. Кроме того, восстановленные продукты, например сульфид, имеют собственное экологическое значение. Оценка должна включать и углеродный поток, и изменения химической среды.
Анаэробное окисление метана связывает его потребление с доступными акцепторами электронов и деятельностью сообщества. Потоки метана на границах участка показывают, какая доля удержана этим процессом.