W skrócie
- W żołądkach krów i owiec wykryto nieznaną organellę komórkową w mikroorganizmach, która może mieć wpływ na emisję metanu przez te zwierzęta.
- Zespół naukowców odkrył nową strukturę u orzęsków z rodzaju Dasytricha, produkującą wodór wykorzystywany przez archeony do generowania metanu.
- Odkrycie hydrogenobodów wskazuje możliwość opracowania diet, dodatków paszowych i probiotyków wpływających na mikroorganizmy odpowiedzialne za emisję metanu.
- Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Krowy, owce i kozy należą do największych źródeł metanu związanego z działalnością człowieka. Gaz powstaje w ich układzie pokarmowym podczas trawienia roślin i jest później uwalniany głównie przez odbijanie. Według szacunków odpowiada to za około 30 proc. antropogenicznych emisji metanu. Teraz naukowcy opisali mechanizm, który może pomóc lepiej zrozumieć ten proces.
W czasopiśmie "Science" badacze opisali nową organellę komórkową odkrytą w mikroorganizmach żyjących w żwaczu przeżuwaczy. Nadano jej nazwę "hydrogenobody". Struktura produkuje wodór wykorzystywany następnie przez archeony do wytwarzania metanu.
Zobacz również:
Żwacz jest częścią układu pokarmowego przeżuwaczy działającą jak ogromny fermentor. To tam mikroorganizmy rozkładają włókna roślinne, których same zwierzęta nie byłyby w stanie strawić. Jedną z grup takich organizmów są orzęski, jednokomórkowe eukarionty stanowiące nawet jedną czwartą biomasy drobnoustrojów w żwaczu.
Przez lata pozostawały jednak słabo poznane. Problemem była analiza ich materiału genetycznego. DNA niektórych z tych organizmów łatwo miesza się z materiałem innych mikroorganizmów obecnych w żwaczu.
Nowa organella w mikroorganizmach z żwacza
Zespół kierowany przez Wei Miao z Chińskiej Akademii Nauk zebrał próbki orzęsków z żołądków krów, owiec, kóz i jeleni. Naukowcy zsekwencjonowali ich genomy i połączyli wyniki z wcześniejszymi bazami danych. W efekcie powstała baza obejmująca 450 genomów orzęsków oraz 65 gatunków tych organizmów. Aż 45 z nich wcześniej nie zostało opisanych genetycznie.
Badacze zauważyli też wyraźny związek między obecnością niektórych gatunków orzęsków a ilością produkowanego metanu. U owiec emitujących dużo tego gazu poziom orzęsków z rodzaju Dasytricha był niemal stukrotnie wyższy niż u zwierząt karmionych identycznie, ale emitujących mniej metanu.
Kiedy naukowcy przyjrzeli się komórkom Dasytricha pod mikroskopem, odkryli nieznaną wcześniej strukturę o owalnym kształcie i wnętrzu przypominającym plaster miodu. To właśnie hydrogenobody.
Ich działanie polega na usuwaniu tlenu i produkcji wodoru. Ten z kolei staje się paliwem dla archeonów odpowiedzialnych za wytwarzanie metanu.
"To tworzy bezpośredni związek między biologią komórek orzęsków a emisjami metanu u przeżuwaczy" - mówi Wei Miao z Chińskiej Akademii Nauk w rozmowie z "Nature".
Mniej metanu dzięki zmianie diety?
Nowo odkryta organella różni się od wcześniej znanych struktur produkujących wodór. Typowe organelle tego rodzaju mają podwójną błonę komórkową i są ewolucyjnie powiązane z mitochondriami. Hydrogenobody otacza tylko pojedyncza warstwa fosfolipidowa o grubości około 5 nanometrów.
"Ta cecha wskazuje, że hydrogenobody nie pochodzą od mitochondriów" - wyjaśnia Miao w rozmowie z "Nature".
Naukowcy odkryli też duże różnice między gatunkami orzęsków. Komórki Dasytricha zawierały 28 razy więcej hydrogenobodów niż orzęski z rodzaju Entodinium. W eksperymentach laboratoryjnych produkowały też wyraźnie więcej metanu.
Odkrycie może mieć praktyczne znaczenie dla rolnictwa i polityki klimatycznej. Metan ogrzewa atmosferę znacznie silniej niż dwutlenek węgla, choć utrzymuje się w niej krócej. Ograniczenie emisji z hodowli zwierząt jest uznawane za jeden z szybszych sposobów spowalniania ocieplenia klimatu.
Badacze sugerują, że w przyszłości możliwe byłoby opracowanie diet lub dodatków paszowych działających konkretnie na mikroorganizmy zawierające hydrogenobody. Rozważane są też probiotyki i programy hodowlane ograniczające obecność najbardziej "metanowych" gatunków orzęsków.
"To otwiera nowe możliwości bardziej precyzyjnego modyfikowania mikrobiomu żwacza" - mówi Oscar Gonzalez-Recio z Uniwersytetu w Edynburgu w rozmowie z "Nature".
