Skjult netværk af mikrober kan drive metanproduktion i havbunden

Dybt under havoverfladen i kystsedimenter bruger mikroorganismer ledende partikler som bittesmå naturlige “ledninger” til at udveksle elektroner. Det gør dem i stand til at omdanne organisk kulstof til metan på en måde, der ikke tidligere er dokumenteret. Mekanismen beskrives i et nyt studie i Nature Communications (find det her), ledet af forskere fra Syddansk Universitet i samarbejde med Aarhus Universitet.

Ledende partikler som magnetit forekommer naturligt i mange kystsedimenter, mens andre tilføres miljøet gennem blandt andet skovbrande, landbrug og industrielle processer. I mere end ti år har SDU‑forskere undersøgt mikrobielle samfund fra den nordlige del af Østersøen, som kun producerer metan, når sådanne partikler er til stede. Uden partiklerne stopper samarbejdet mellem mikroorganismerne.

- I vores nye studie viser vi, at denne elektriske interaktion danner en form for mikrobielt ‘elnet’ under havbunden. Nettet gør det muligt for mikroorganismerne at udveksle elektroner uden direkte kontakt, og det afslører en type samarbejde, som hidtil ikke har været kendt i naturlige miljøer, siger studiets seniorforfatter og forskningsleder på Biologisk Institut, professor Amelia-Elena Rotaru.

Ved at sekventere genomer fra sedimentmiljøerne identificerede forskerne en ny bakterie, der oxiderer acetat og afgiver elektroner til de ledende partikler. Den har fået navnet Candidatus Geosyntrophus acetoxidans, som repræsenterer en hidtil ubeskrevet bakterieslægt. Bakterien indeholder unikke gener til ekstracellulær elektrontransport, som adskiller den fra alle kendte slægtninge.

Forskerne opdagede også, at partneren er en ny art af Methanosarcina, en udbredt gruppe af metanproducerende arkæer. Denne mikroorganisme optager elektroner direkte fra de ledende partikler og bruger dem til at omdanne CO₂ til metan. De to partnere fæstner sig til de samme ledende partikler, hvilket gør elektronudveksling mulig uden fysisk kontakt.

Billeddannelse i høj opløsning har bekræftet, at mikroorganismerne er forbundet gennem de ledende partikler og ikke gennem celle‑til‑celle‑kontakt.

- Det gør dette konsortium til det eneste kendte eksempel på et metanproducerende samarbejde, der er afhængigt af ledende partikler, siger Danijel Jovicic, som er ledende forfatter af studiet sammen med Rotaru.

Betydning for klima og kulstofkredsløb

Kystsedimenter er kendt som kilder til metan, en potent drivhusgas. Opdagelsen af en ny metanproducerende mekanisme viser, hvordan ledende partikler kan påvirke kulstofkredsløbet på måder, der endnu ikke indgår i klimamodeller. Miljøer med store tilførsler af sådanne partikler kan derfor rumme hidtil ukendte metanproducerende mikrobielle samfund.

- Disse mikroorganismer er fuldstændigt afhængige af det ledende netværk i sedimentet. Det betyder, at vi har overset en vigtig gruppe af klimarelevante mikrober og en vigtig proces i metanproduktionen, siger professor Rotaru og tilføjer:

- Fordi ledende partikler er udbredte – og nogle steder tiltagende på grund af menneskelig aktivitet – kan opdagelsen få bredere betydning for vores forståelse af naturlige drivhusgasudledninger.

Forskerne foreslår, at mekanismen nu bør indgå i studier af kulstofomsætning og metandannelse i kystøkosystemer.