Language
Country/Area
No result found
Những sinh vật sản xuất mêtan bí ẩn: Vi khuẩn sinh mêtan tồn tại như thế nào khi không có oxy?
Trong quá trình khám phá những bí ẩn của sinh quyển Trái Đất, sự tồn tại của vi khuẩn sinh metan đã thu hút sự chú ý rộng rãi từ cộng đồng khoa học. Những vi khuẩn cổ này thường sống trong môi trường không cần oxy nhưng có thể tạo ra khí mê-tan như một sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất. Chúng có thể sống sót tốt trong nhiều hệ sinh thái kỵ khí và đóng vai trò không thể thiếu trong việc duy trì cân bằng sinh thái.
Vi khuẩn sinh metan là vi khuẩn cổ kỵ khí tạo ra metan từ quá trình chuyển hóa năng lượng, đây là con đường sinh hóa duy nhất để sản xuất ATP.
Quá trình sản xuất mê-tan được gọi là quá trình sinh khí mê-tan và các loại sinh khí mê-tan khác nhau được chia thành nhiều loại dựa trên con đường trao đổi chất của chúng. Những vi sinh vật này không chỉ được tìm thấy trong trầm tích nước biển và nước ngọt mà còn có thể được tìm thấy trong các môi trường như vùng đất ngập nước, đường tiêu hóa của động vật, nhà máy xử lý nước thải và bãi rác. Điều đáng chú ý là vi khuẩn sinh metan thường cực kỳ nhạy cảm với oxy, nhưng một số loài có thể sống sót trong môi trường oxy hóa ngắn hạn bằng cách sử dụng một loạt các cơ chế phân tử để loại bỏ tác hại của oxy.
Ví dụ, vi khuẩn sinh metan Candidatus Methanothrix paradoxum mới được phát hiện có thể thích nghi với các hốc kỵ khí trong môi trường hiếu khí, nhưng vẫn rất nhạy cảm với sự hiện diện của oxy.
Về mặt hình thái, vi khuẩn sinh khí metan có nhiều loại khác nhau, thường có dạng hình cầu hoặc hình que, nhưng cũng có dạng sợi hoặc dạng cong. Hơn 150 loài vi khuẩn sinh metan đã được mô tả, chứng minh tính đa dạng của chúng trong hệ sinh thái. Thành tế bào của các vi sinh vật này không chứa peptidoglycan, thành phần chỉ có ở vi khuẩn, mà được cấu tạo từ pseudopeptidoglycan hoặc các cấu trúc protein cụ thể, cho phép chúng duy trì sự ổn định trong môi trường khắc nghiệt.
Trong môi trường kỵ khí, vi khuẩn sinh metan đóng vai trò sinh thái quan trọng vì chúng loại bỏ hydro dư thừa và các sản phẩm lên men được tạo ra bởi quá trình hô hấp kỵ khí khác. Các vi sinh vật này chỉ phát triển mạnh trong môi trường mà tất cả các chất nhận electron khác như oxy, nitrat và sunfat đều cạn kiệt. Chúng thường được tìm thấy trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm cả đường tiêu hóa của con người và các loài động vật khác, vì những khu vực này cung cấp môi trường kỵ khí giàu chất dinh dưỡng.
Trong đường tiêu hóa, vi khuẩn sinh metan sử dụng các sản phẩm lên men của vi khuẩn như hydro, axit axetic và methanol để duy trì sự cân bằng trong đường ruột.
Vi khuẩn sinh metan cũng có thể sống sót trong những môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như các lỗ thông thủy nhiệt và những nơi bị chôn vùi dưới lớp băng dày trên Trái Đất. Các vi sinh vật này có khả năng sử dụng hydro từ các quá trình địa chất và sử dụng hiệu quả các nguyên liệu thô này để sản xuất mê-tan, tích tụ trong trầm tích biển và các khu vực áp suất cao để tạo thành mê-tan hydrat, trở thành nguồn khí nhà kính quan trọng.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng những vi khuẩn này cũng được tìm thấy trong môi trường tương tự như sao Hỏa. Gần đây, tàu thám hiểm Curiosity của NASA đã phát hiện khí mê-tan trên sao Hỏa có thể là bằng chứng về sự hiện diện của các vi khuẩn này. Khả năng sống sót trong môi trường khắc nghiệt khiến việc nghiên cứu vi khuẩn sinh metan ở vùng biển sâu và môi trường sống khắc nghiệt trở thành chủ đề nóng hổi trong các cuộc khám phá khoa học.
Khi nói đến quá trình trao đổi chất của vi khuẩn metan, chúng chủ yếu hoạt động trong môi trường kỵ khí và tạo ra metan thông qua nhiều cơ chế khác nhau. Cho dù có nguồn gốc từ sự kết hợp của carbon dioxide và hydro hay từ các chất hữu cơ khác nhau như axit axetic hoặc methanol, sản lượng năng lượng của chúng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và nguyên liệu thô sẵn có. Những phản ứng này không chỉ quan trọng đối với chính các vi sinh vật mà còn có tác động sâu sắc đến chu trình cacbon và biến đổi khí hậu.
Quá trình sản xuất mêtan tạo ra sự chênh lệch nồng độ ion được sử dụng để thúc đẩy quá trình tổng hợp ATP, chứng minh vai trò quan trọng của chúng trong quá trình chuyển hóa năng lượng.
Sự tồn tại của vi khuẩn sinh metan không chỉ đầy bí ẩn và thú vị mà vai trò của chúng trong hệ sinh thái của Trái Đất cũng không thể bị bỏ qua. Các nhà khoa học vẫn đang khám phá những điều bí ẩn của các vi sinh vật này: liệu chúng ta có khám phá ra thêm nhiều kiến thức khoa học mới về sức sống cổ xưa của chúng không?
