Die Rolle von Bakterien bei der Produktion eines Treibhausgases: Wie es den Klimawandel beeinflusst

Die Rolle von Bakterien bei der Produktion eines Treibhausgases: Wie es den Klimawandel beeinflusst
Die Rolle von Bakterien bei der Produktion eines Treibhausgases: Wie es den Klimawandel beeinflusst
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Die Studie legt nahe, dass die Entwicklung nitratatmender Enzyme aus Sauerstoffreduktasen vor etwa zwei Milliarden Jahren stattfand, was die Anpassung von Mikroorganismen an veränderte Umweltbedingungen unterstreicht (Getty)

Der Organisation der Vereinten Nationen (UN) zeigt an, dass die Klimawandel „bezieht sich auf langfristige Veränderungen der Temperaturen und Wettermuster.“ In diesem Sinne gibt das Unternehmen an, dass die Verbrennung fossiler Brennstoffe „erzeugt Emissionen von Treibhausgasen die wie eine Decke wirken, die die Erde umgibt und sie einfängt heiß von der Sonne und das Erhöhen der Temperaturen“.

Neben Kohlendioxid und Methan ist Lachgas eines der Treibhausgase, das Experten Sorgen bereitet. Nach Angaben der Vereinten Nationen kommt es zu mikrobiellen Reaktionen, die dieses Gas freisetzen, wenn reaktive Stickstoffspezies dem Boden ausgesetzt werden, beispielsweise in Düngemitteln Ist 300-mal stärker die Atmosphäre erwärmen als Kohlendioxid“.

In diesem Zusammenhang wurde eine Studie von Forschern des California Institute of Technology (Caltech) erklärte das eine neue Klasse von Enzymen ermöglicht Bakterien Nitrat einatmen unter sauerstoffarmen Bedingungen. Bei diesem Prozess entsteht nach Angaben der Autoren Lachgas.

Lachgas entsteht bei der Denitrifikation, einem Prozess, bei dem Bakterien in Umgebungen mit niedrigem Sauerstoffgehalt Nitrat abbauen. Ein Beispiel? Feuchtgebiete /EFE/ Mauricio Dueñas Castañeda/ARCHIV

Nach Angaben der Autoren erfolgt die Produktion von Lachgas in diesem Fall während Denitrifikation. Diese Dynamik, durch die Bakterien das in Düngemitteln enthaltene Nitrat abbauen, kommt häufiger in Umgebungen vor, in denen der Sauerstoffgehalt knapp ist, beispielsweise in Feuchtgebieten, auf alpinen Böden und in Seen.

Auf diese Weise wurde die Entdeckung in der Zeitschrift veröffentlicht Verfahren der National Academy of Sciences- könnte erhebliche Auswirkungen auf die haben Phänomene im Zusammenhang mit dem Klimawandel verstehen und angehen. Weil? Experten zufolge könnte die Analyse neuer Enzyme und ihrer N₂O-Produktion entscheidend für die Entwicklung wirksamer Strategien gegen den Klimawandel sein.

„Lachgas ist ein viel schwieriger zu überwachendes Treibhausgas als Kohlendioxid, aber mit dieser Forschung wissen wir das jetzt Es gibt viel mehr Quellen, die Lachgas produzieren, als bisher angenommen“, sagte Woody FischerProfessor für Geobiologie und Hauptforscher der Studie.

„Zu verstehen, wo und wann dieses Gas in die Atmosphäre freigesetzt wird, kann uns dabei helfen, klügere Entscheidungen zu treffen. „In nicht allzu ferner Zukunft wird ein Landwirt Informationen über die in seinem Boden vorhandenen mikrobiellen Gemeinschaften haben, die es ihm ermöglichen, fundierte Entscheidungen darüber zu treffen, wie und wann er Düngemittel für die Landschaftsgesundheit einsetzt“, fügte Fischer hinzu.

Die Forschung legt nahe, dass Informationen über mikrobielle Gemeinschaften in Böden Landwirten dabei helfen können, fundierte Entscheidungen über den Einsatz von Düngemitteln zu treffen (Getty)

Das Expertenteam untersuchte die Genomsequenzen Zehntausender verschiedener Mikrobenarten in verschiedenen Umgebungen auf der Erde. Die meisten Zellen in der Biosphäre verwenden bestimmte Proteine, sogenannte Proteine Reduktasen um Sauerstoff zu atmen, sagten sie. Die Autoren argumentierten jedoch, dass es eine breite Palette von Reduktasen gibt, die Proteine ​​für die Atmung entwickelt haben. Stickoxid (NO)etwas, das folglich Lachgas produzieren würde.

Die Forschung ergab, dass ein besserer Umgang mit Düngemitteln in der Landwirtschaft die Lachgasemissionen deutlich reduzieren könnte. Der Studie zufolge könnte dieses Wissen der Schlüssel zur Entwicklung neuer Technologien und nachhaltiger landwirtschaftlicher Praktiken sein.

Das betonten die Experten Durch die Implementierung fortschrittlicher Überwachungs- und Genomanalysetechniken können die Lachgasquellen genauer identifiziert und quantifiziert werden, was die Einführung wirksamerer Maßnahmen zu seiner Kontrolle erleichtert.

Ein besseres Düngemittelmanagement könnte die Lachgasemissionen erheblich reduzieren, schlagen die Autoren der Studie vor (Illustrative Image Infobae).

In der Veröffentlichung entwickelten die Spezialisten: „Lachgas ist ein starkes Treibhausgas, dessen Produktion durch Stickoxidreduktase (NOR), Mitglieder der Häm-Kupfer-Oxidoreduktase (HCO)-Enzym-Superfamilie, katalysiert wird.“ „Wir haben mehrere bisher nicht charakterisierte HCO-Familien identifiziert, von denen vier (eNOR, sNOR, gNOR und nNOR) offenbar eine Stickoxid (NO)-Reduktion bewirken.“

Zur Dimensionalität: Laut NIH hat Reduktion mit dem Oxidations-Reduktionsprozess zu tun, einer „chemischen Reaktion, die zwischen einer oxidierenden Substanz und einer reduzierenden Substanz stattfindet.“ Bei der Reaktion verliert der oxidierende Stoff Elektronen und der reduzierende Stoff gewinnt Elektronen. Rost entsteht beispielsweise, wenn es zu einer Oxidations-Reduktions-Reaktion zwischen dem in Wasser oder feuchter Luft enthaltenen Sauerstoff (einem oxidierenden Stoff) und Eisen (einem reduzierenden Stoff) kommt.“

Alles in allem schrieben die Autoren der betreffenden Studie: „Diese Familien verfügen über neuartige Strukturen aktiver Zentren und mehrere über konservierte Protonenkanäle, was darauf hindeutet, dass sie die NO-Reduktion mit der Energieeinsparung koppeln könnten.“ Wir isolieren und biochemisch charakterisieren ein Mitglied der eNOR-Familie der Bakterien Rhodothermus marinus und wir haben herausgefunden, dass es NO reduziert.“

Und sie erweiterten: „Wir verwenden Umweltsequenzdaten, um Finden Sie Enzyme, die aus NO Lachgas produzieren und wir validieren unsere Hypothese durch Experimente. „Diese neuen Enzyme werden wahrscheinlich zu den globalen Lachgasflüssen beitragen und die Breite des Stickstoffkreislaufs erweitern.“

Untersuchungen deuten darauf hin, dass neue Enzyme, die im Bakterium Rhodothermus marinus entdeckt wurden, eine Stickoxid (NO)-Reduktion bewirken, was zu globalen Lachgasflüssen beiträgt und das Verständnis des Stickstoffkreislaufs auf der Erde erweitert (Getty)

Diese Studie „dreht das Drehbuch um“, so Fischer. „Es zeigt, dass die Proteine die es erlauben Nitratatmung Tatsächlich weiterentwickelt von denen, die Sauerstoff atmeten, vor etwa zwei Milliarden Jahren“, sagte er. In der Arbeit heißt es, dass die Nitratatmung und das Denitrifikation Sind evolutionär neuere Prozesse als gedacht wurde. Die Entwicklung dieser Enzyme aus Sauerstoffreduktasen erfordert eine erhebliche Anpassung an die sich ändernden Umweltbedingungen der Erde.

Fischer postulierte: „Wir haben große Regionen der Biosphäre übersehen, in denen Lachgas produziert wurde, weil diese Proteine ​​nicht entdeckt wurden.“ Jetzt können wir anhand von Genomsequenzinformationen viel präziser vorhersagen, Welche Organismen in welcher Umgebung produzieren Lachgas? „Es gibt viel mehr, als wir dachten.“

Ein weiterer für die Arbeit verantwortlicher Experte, James Hanf, bemerkte: „Unsere Arbeit hat die biochemische Vielfalt einer der am besten untersuchten Enzymfamilien in der Mikrobiologie dramatisch erhöht.“ „Dies sollte als Warnung dienen, dass automatisierte Stoffwechselanalysen ohne experimentelle Überprüfung zu falschen Schlussfolgerungen über mikrobielle und gemeinschaftliche Funktionen führen können.“

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