Las archeobatteri metanogenica sono microrganismi procarioti che vivono nei media strettamente anaerobi ed ottenere energia con la produzione di gas naturale, il metano (CH 4 ). Grazie a questa caratteristica, questo tipo di microrganismo ha grande importanza ecologica, poiché interviene nella degradazione della sostanza organica in natura e nel ciclo del carbonio . 1

Metanogeni sono filogeneticamente gruppo eterogeneo in cui il fattore comune che unisce loro è la produzione di gas metano e cofattori unici. 2

Storia

Padre Carlo Campi notato che nel Lago Maggiore è apparso bolle dal fondo con strane proprietà. Ha subito detto il suo amico Alessandro Volta, che aveva interesse a tali eventi. 3

Nel 1776, Alessandro Volta ha scritto le sue scoperte. Il suo esperimento è stato quello di rimuovere il fondo del lago e raccogliere le bolle che è venuto fuori in una bottiglia bocca molto larga, poi ha introdotto una candela e apprezzato la formazione di una fiamma blu alla bocca della bottiglia. Pertanto il gas ottenuto aveva ad essere meno densa dell’aria e necessario per essere in contatto con l’atmosfera per accendere. 3

Volta gestito, con i suoi studi di combustibile gassoso, ad interessare altri scienziati in questo campo e, quindi, avviare la fondazione dello studio di formazione di metano biologico. Tuttavia essa non era il solo a fare queste osservazioni a gas prodotti in alcuni fiumi e laghi. Thomas Paine e George Washington hanno raggiunto i loro stessi risultati nei torrenti e fiumi di Rocky Hill il 5 novembre 1783, senza conoscere la Volta lavoro. 3

Il primo a individuare che il metano è formata da un processo microbiologico, è stato un allievo di Pasteur , Béchamp nel 1868. precedentemente studiato la decomposizione di zucchero e ha aggiunto parte di un campione ottenuto da una laguna, poi, quando sono state aggiunte queste sostanze un semplice e barilatura in l’ assenza di ossigeno terreno inorganico, ha osservato che la fermentazione risultato è stato prodotto da organismi viventi a cui denominati microzyma cretae . Ha descritto li superficialmente, ma ha sottolineato che questi microrganismi potrebbero realizzare una decomposizione di alcool etilico e carbonato di calcio , produce metano, CO 2 e certi acidi. Questa è stata la prima dimostrazione di formazione di metano biologico da composti di carbonio semplici. 3

Tappeiner (1882) gestito in modo più adeguato dimostrare l’origine del metano da microrganismi, individuando in luoghi diversi (come ad esempio intestini animali) anaerobi esseri con caratteristiche simili (produttori di metano) solo meccanismi reacionan senza trattamenti specifici. Più tardi si sono identificati come methanogens che conosciamo oggi.

Gli esperimenti di Popoff, Tappeiner, Hoppe-Seyler e l’uso di cellulosa per la coltivazione di microrganismi raccolti, hanno mostrato che essa è possibile la formazione di metano, CO 2 , idrogeno e acidi all’interno dell’intestino di animali erbivori. 3

Nel 1933 organismi ossidano l’idrogeno e riducono potrebbe mono carbon composti come anidride carbonica, ossido di carbonio, formiato, formaldeide e metanolo (Stephenson e Stickland) sono stati isolati.

Nel 1936, l’anno che ha segnato l’inizio dell’era moderna nello studio di metanogenesi, HA Barrer ha riportato i suoi esperimenti con methanogens e ha fornito la base scientifica per lo studio della fisiologia del metanogenesi. Un contributo importante di questa scienza è stato lo sviluppo di un adeguato processo per creare un mezzo di coltura appropriato per la crescita di methanogens.

Negli anni Cinquanta ha iniziato la finale è stata in considerazione della conversione del metano al gruppo metilico nei laboratori Baker. Dieci anni dopo lo studio della fisiologia delle cellule methanogens ed enzimi coinvolti nella metanogenesi egli è completamente diffusa. Negli anni Settanta lo studio di metanogenesi realizzato importanti scoperte in coenzimi e delle condizioni atmosferiche per la corretta produzione di methanogens. E l’identificazione di archeobatteri e con loro la filogenesi di methanogens. 3

Filogenesi e la diversità

Secondo l’ analisi filogenetica di 16S RNA ribosomiale, methanogenic sono classificati nel gruppo dei procarioti , e nel sottogruppo di archeobatteri . Questo può confermare per vedere metanogenica sono microrganismi unicellulari senza nucleo definito e la sua parete cellulare è peptidoglicano come i batteri, ma pseudomurein.

In particolare, all’interno del dominio Archaea, ci sono quattro diversi phyla: il bordo Crenarchaeota , formata da specie marine e ipertermofili, il bordo korarchaeota costituito quanto sappiamo dalla termofili, bordo Nanoarchaeota che comprende una singola specie e il bordo Euryarchaeota dove esattamente sono estremi metanogeni e alofili.

Attualmente, circa sessanta specie diverse di methanogens sono noti, ma formano un gruppo filogenetico coerenti, questo gruppo non è omogenea. Ci sono grandi differenze fisiologiche e morfologiche tra loro. Per questo motivo ci sono stati quattro suddivisioni, formando le seguenti classi: metanobatteri , Methanococci , Methanomicrobia e Methanopyri . Queste classi sono divise in ordini e famiglie. Allo stesso modo, le famiglie sono suddivisi in generi, specie e poi. 2

La cosa interessante è che in ogni famiglia e in ogni genere di trovare organismi con diversa morfologia, per esempio, all’interno della famiglia Methanomicrobiaceae, ci methanogens sotto forma di noci di cocco, di spirale e canna. Allo stesso modo, questi microrganismi sono in ambienti differenti, e quindi hanno diversi metabolismi, per ridurre substrati differenti per il metano.

Metanogenesi

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La caratteristica identificativa è la sua metanogenica metabolismo produttore del metano (CH 4 ). La generazione di questo idrocarburo è veramente lo scopo di questi archaea, in realtà la funzione di questo processo metabolico è ottenere energia della forma di ATP o di molecole destinate alla biosintesi . 4 Generalmente questa reazione viene condotta da anidride carbonica (CO 2 ) e idrogeno (H 2 ), dove CO 2 è un accettore di elettroni che viene ridotto dagli elettroni forniti da H 2 . Può essere considerato, quindi, un respirazione anaerobica . 5 In forma semplificata, la reazione di questo processo può essere scritta come segue: 3

Queste varie reazioni non si verificano spontaneamente, tuttavia, freccia reazione è in realtà una sorta di sintesi di molteplici reazioni che avvengono all’interno metanogenica. E per queste reazioni vengono condotte fuori , hanno bisogno di alcuni coenzimi uniche per metanogenica, che sono divisi in due tipi, il primo contiene i carboni C1 portano vettori dal substrato iniziale metano. In questo tipo di vettori devono metanofurano , la tetrahidrometanopterina , coenzima M (COM). Gli altri coenzimi esclusivi sono coenzimi redox che forniscono gli elettroni necessari per la riduzione di CO 2 a CH 4 e coinvolti nelle varie fasi di metanogenesi che sono il fattore 420 ( F420 ), il coenzima B (CoB) l’enzima complesso metil-reduttasi e il coenzima F430 .

Ecologia

Habitat

sedimenti acquosa . Nei sedimenti sul fondo di laghi, fiumi e stagni, dove organismi anaerobi sfruttano organismi aerobici rifiuti. Primi batteri fermentativi sintetizzano enzimi idrolitici, catalizza la degradazione dei polimeri complessi in monomeri. Dopo fermenti prodotti solubili H 2 e CO 2 , mediante trasferimento interspecie di H 2 (batteri acetogeni produrre H 2 catalizzare l’ossidazione degli acidi grassi e alcoli) per ottenere H 2 , CO 2 e acidi grassi che finalmente metanogenico occupano per produrre metano.

habitat marini . Hanno presentato nello stesso modo come nei sedimenti acquosi ma halerantes e specie halofóbicas. Un altro tipo è particolarmente fonti ricche di solfato , come faraglioni. Metanogeni generare metano dalle ammine metilati , aldeidi e tioli . Le diverse reazioni non sono fatti da una singola specie, ma l’interazione di diversi microrganismi, molti di esso inestudiados ancora.

ruminanti . Polimeri (come la cellulosa) presenti nel rumine dei ruminanti (mucca, Gnu, pecore, ecc) sono fermentati dai batteri alle catene più corte come gli acidi grassi, H 2 e CO 2 , che occupano methanogenic, respingendo il metano . Questo serve l’animale essere acetato , propionato e butirrato come fonte di energia. Gas, anidride carbonica e metano, vengono eliminati da animali da eruttazione e feci.

Le termiti . Alcune termiti, come xilofagi spp. Hanno dense popolazioni di diverse procarioti nel vostro sistema digestivo per digerire complesso di legname polimeri. Metanogeni non sono direttamente nello stomaco delle termiti, ma nel giro di batteri o protozoi, che a sua volta è all’interno della termite.

Altri animali . Sono da qualche parte nel tratto digestivo di molti erbivori, come il cavallo o noi. Negli esseri umani polimeri indigeribili da alimenti come fagioli, andare al colon dove vengono fermentate da un altro consorzio di microrganismi, tra cui methanogens. Ciò si verifica in circa il 30-40% della popolazione umana, e il metano viene espulso attraverso la flatulenza.

Metanogenesi e carbonio ciclo

La conversione di CO 2 a CH 4 dalla metanogenica rende il ciclo del carbonio , methanogenic e metanogenesi sono strettamente collegati.

Metanogenici sono una parte importante del ciclo del carbonio, e restituire il all’atmosfera da condizioni anaerobiche, anziché gradualmente accumulano nei letti acquosi e atmosferici. A causa del rapporto simbiotico che hanno con organizzazioni come i bovini e termiti, un altro grande quantità di metano viene rilasciato.

Nel caso del metano prodotta in fondali marini o lacustri letti, la maggior parte (circa il 90%) è consumata dal archeobatteri metanotrofici, in una serie di reazioni di ossidazione di 2-elettroni. Queste archeobatteri sono di solito al confine tra anaerobica e aerobica e mezzi sono organismi chemoheterotrophs . Ossidare CH 4 e produrre CO 2 , ma generano H 2 quindi non è il processo inverso di metanogenesi.

In alcuni ambienti, non tutto il metano viene consumato e raggiunge l’atmosfera. Questo si verifica soprattutto nei sedimenti paludose e risaie. Il metano può diffondere fuori dei sedimenti e raggiungere l’atmosfera prima ossidazione, viene effettuata direttamente in bolle o sistema anaerobico attraverso il sistema vascolare delle piante.

Il metano prodotto da metanogenica all’interno dei sistemi digestivi di alcuni mammiferi, compreso l’uomo e ruminanti, viene rilasciato direttamente in atmosfera come gas espulsi dalla intestinale eruttazioni o dell’intestino. Un processo simile si verifica in simbiosi termiti, tuttavia non è noto con certezza quante rilascio di metano, come solo digerire in tal modo una frazione di carbonio, di conseguenza, le stime per il metano valori di produzione non sono interamente accurate.

metano atmosferica infine raggiunge la stratosfera, dove esso reagisce con i radicali liberi comunemente ossidrili , formando CH 3 , si può partecipare a reazioni che portano alla formazione di ozono o, al contrario alla sua distruzione. La sua interazione con il radicale cloro provoca impoverimento dell’ozono. L’ossidazione del metano nella stratosfera può anche essere una fonte importante di acqua forma nuvole di ghiaccio ad un’altitudine di 85 km.

Global Impact

Il metano è un gas serra importante. Anche se la sua concentrazione atmosferica corrente, 1,7 ppm (in volume) è notevolmente inferiore al tasso di anidride carbonica . Ogni molecola di metano è considerato tra 62 e 23 volte 6 meno efficace di CO2 come un gas serra. Tuttavia, è il secondo più importante gas ad effetto serra, contribuendo al 25% del riscaldamento del biossido di carbonio fa.

metano atmosferica nel corso degli anni può essere misurata bolle polare a diverse profondità. Da questo è determinato l’aumento del 1% annuo. Allo stesso modo è noto che è rimasto relativamente costante a 0,8 ppm 1600-1850, quando ha cominciato a salire a 1,7 ppm di oggi.

Il punto è ovvio che il metano atmosferico è in una concentrazione non visto da 160.000 anni. Tale variabile può immediatamente essere associato con l’attività umana, come è facile da fare in questi tempi. Tuttavia, contrariamente a quanto pensiero comune imporrebbe, questo non è dovuto direttamente ai nostri attività industriali, ma il metabolismo innocente e involontario della metanogenica.

Il rumine del bestiame, risaie sono gli habitat in cui il prodotto di metanogenesi metano viene rilasciato nell’atmosfera. Habitat che corrisponde a una parte significativa della catena alimentare umana, e quindi hanno aumentato il loro valore come i requisiti della popolazione mondiale. A cui ha aggiunto prodotto dai rifiuti sepolti.

Sebbene la sua produzione è biogenico definitiva è causata dagli esseri umani. Se il totale delle emissioni rimuovere quelli che sono direttamente o indirettamente causato da noi, troviamo che il totale di origine antropica è stimato a 302-715 x 10 dicembre g / anno. Prodotto di processi industriali e dei rifiuti, bovini, risaie e la combustione della biomassa, principalmente.

Il cambiamento climatico è un controverso, complessi e relativi scientifiche, politiche, economiche e sociali nell’interesse di tutta l’umanità soggetto, quindi la loro discussione è un (troppo lento) e complicato processo lento. Tuttavia, essi potrebbero agire sulle emissioni di metano. Un primo passo potrebbe essere quello di iniziare dal bestiame, che hanno già raggiunto decrementi modesti quando trattati con antibiotici ionopóricos. Allo stesso modo, si può adottare talune pratiche nella gestione di coltivazioni di riso a ridurre le emissioni di metano.

Si tratta di una questione seria in cui prevale purtroppo l’ignoranza. Metanogenesi esiste fin dalle prime fasi della vita e il metano è una parte importante del ciclo del carbonio per impedire la CO 2intrappolato nei sedimenti e il ciclo si arresta. Per fortuna che sta indagando la materia ed esistono progetti per ridurre la produzione di metano nei campi di riso e allevamenti di bestiame.

Biotecnologie

È paradossale che da un lato si usa idrocarburi come fonti di energia sono in via di esaurimento e dall’altro un gas utile per lo stesso scopo sta producendo e rilasciando nell’atmosfera in concentrazioni potenzialmente pericolose. L’idea di utilizzare i methanogens per produrre metano non è nuova. Esistono già “collezionisti” di metano che utilizzano il letame delle mucche e capre per estrarre metano e lo utilizzano come combustibile. Nelle discariche urbane di sostanza organica e di fanghi di depurazione delle acque reflue di si trova comunemente metanogeni, quindi ci sono alcuni sistemi di cattura di metano e usarlo. Purtroppo l’utilizzo di questi archeas si è rivelata più difficile di quanto sembrava, quindi sono necessarie ulteriori ricerche.

Riferimenti

  1. Torna a inizio pagina↑ Joseph W. Lengeler (1999). Biologia della procarioti . Stoccarda: Thieme. p. 796. ISBN  0.632.053,577 mila .
  2. ↑ Vai a:un b Boone, DR (2001). “Classe I. metanobatteri Classe. Novembre .. ” In DR Boone e RW Castenholz, eds. Manuale Bergey di Batteriologia sistematica Volume 1: La Archaea ei batteri profondamente ramificazione e fototrofi (2a edizione). New York: Springer Verlag. pp. p. 169. ISBN  978-0387987712 .
  3. ↑ Vai a:un b c d e f g Ferry, James editore (1993) Metanogenesi: Ecologia, Fisiologia, Biochimica, e Genetica . Chapman & Hall Inc, New York. ISBN 978-0-412-03531-9 .
  4. Torna a inizio pagina↑ Thauer, RK e Shima, S. 2006. “biogeochimica: Metano e microbi”. Nature , 440: 878-879
  5. ↑ Vai a:un b Stanier, RY, Doudoroff, M. & Adelberg, EA 1977. Microbiologia , 2nd Edition. Ed. Aguilar, 932 pp. ISBN 84-03-20256-3
  6. Torna a inizio pagina↑ “Rapporto IPCC Third Assessment – Climate Change 2001” . www.grida.no . Estratto 11 gennaio, 2017 .