Микробная биогеохимия цикла метана глубоководной зоны черного моря

Введение

Метанобразующие бактерии — строгие анаэробы, самая большая группа архей
из филума Euryarchaeota , и представляют собой уникальный
объект для микробиологических, биохимических, молекулярно-генетических и
биотехнологических исследований. Обычно метаногены являются конечным звеном
анаэробной пищевой цепи разложения биологических полимеров и выделяют биогаз в
качестве конечного продукта(60% CH₄ +40% CO₂). Биогаз образуется на дне озер и болот, поднимаясь вверх,
попадает в аэробную зону и используется метанокислящими бактериями. Метан
образуется также в рубце жвачных (корова выделяет до 200 л метана в день) и в
кишечнике термитов.

Особый интерес представляют термофильные метаногены, поскольку они
обладают высокими скоростями роста, способны осуществлять интенсивный процесс
метаногенеза и в связи с этим, рассматриваются в настоящий момент в качестве
наиболее перспективных объектов для использования в биотехнологии. Термофильные
метанобразующие бактерии родов Methanobacterium и Methanosarcina
являются основными компонентами термофильного анаэробного сообщества
микроорганизмов, осуществляющего деструкцию органического вещества до метана.
Таким образом, особую актуальность приобретает выделение новых термофильных
организмов родов Methanobacterium и Methanosarcina и изучение их морфологии, ультраструктуры,
физиологических свойств и таксономического положения .

Метанообразующие микроорганизмы толстой кишки

Метанобразующие археи — самые интересные с точки зрения метаболизма живые организмы. По сути — это единственный биологический источник метана на нашей планете. По одной из версий причиной гибели динозавров стала чрезмерная выработка этого газа метаногенными бактериями. Предполагают даже, что первый свободноживущий организм был метаногеном.

Methanobrevibacter smithii — микроорганизм различной формы: овальной, шарообразной, чаще всего палочкообразной. Они являются самым многочисленным представителем архей в кишечнике человека. Составляет до 10% всех анаэробных организмов. Вообще, в нашем пищеварительном тракте есть три группы микроорганизмов, связывающих водород: метанообразующие (тот самый метанобревибактер), различные ацетогенные бактерии и сульфатвосстанавливающие бактерии

Нужно понимать важность этих микроорганизмов. Накопление водорода в кишечнике снижает эффективность микробного брожения

Жизнедеятельность метанообразующих архей

Метаногены, как и Настоящие бактерии, размножаются прямым делением, однако процесс идет весьма медленно и чувствителен к изменениям внешней среды.

Интенсивность газовыделения также связана с окружающими условиями. Изменение показателей рН или температурные перепады подавляют рост и размножение метаногенов, тем самым уменьшая количество произведенного газа. Среди всех метанообразующих бактерий не известны паразитические или патологические штаммы.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое «Метанобразующие бактерии» в других словарях:

МЕТАНОБРАЗУЮЩИЕ БАКТЕРИИ — получают энергию чаще всего за счёт восстановления СО2 метана СH4 молекулярным водородом; используют также в качестве источника углерода метана окись углерода (СО), муравьиную к ту (НСООН), метанол (СН3Н), уксусную к ту (СН3ООН) и нек рые др.… … Биологический энциклопедический словарь

БАКТЕРИИ МЕТАНОБРАЗУЮЩИЕ — гр. анаэробных микроорганизмов, конечным продуктом обмена веществ которых является метан. Наиболее подробно изучены гетеротрофные формы Б. м., развивающиеся за счет солей жирных кислот и нефти. Имеется гр. автотрофных Б. м., осуществляющих… … Геологическая энциклопедия

БАКТЕРИИ — обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. Вместе с тем генетический материал бактерии (дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК) занимает в клетке вполне определенное место… … Энциклопедия Кольера

Водородные бактерии — Окислять молекулярный водород могут микроорганизмы, относящиеся к разным таксономическим группам. Среди них есть строгие анаэробы, факультативные анаэробы и облигатные аэробы. К анаэробным микроорганизмам, окисляющим Нг, принадлежат… … Биологическая энциклопедия

Анаэробные термофильные бактерии — Значительную часть спороносных термофильных бактерий составляют анаэробные виды. Известны облигатно термофильные маслянокислые, целлюлозные, десульфурирующие и метанобразующие бактерии. Термофильные целлюлозные бактерии. Этих… … Биологическая энциклопедия

ВОДОРОДНЫЕ БАКТЕРИИ — группа бактерий, получающих для роста энергию в результате окисления молекулярного водорода. Обычно эта реакция сочетается с автотрофной ассимиляцией углекислоты. Большинство В. б. хорошо растут также на органич. средах. Окисление Н2 обусловлено… … Биологический энциклопедический словарь

ХЕМОСИНТЕЗ — (от греч. chemeia химия и synthesis соединение, составление), тип питания бактерий, основанный на усвоении СО2 за счёт окисления неорганич. соединений. Открыт рус. микробиологом С. Н. Виноградским в 1887. Аэробные бактерии (водородные,… … Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь

Брожение — I Брожение (fennentatio) ферментативный энергообразующий окислительно восстановительный процесс, протекающий без участия молекулярного кислорода. В сравнении с аэробными процессами Б. является эволюционно более ранней и энергетически менее… … Медицинская энциклопедия

Метановое брожение — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия

1 тур добавить сообщение
Аналоговые и дискретные измерительные устройства сообщение
Сообщение на тему корабли норманнов
Речевой этикет и вежливость сообщение
Ancor group пришло сообщение

Естественная среда обитания метаногенов

Симбиотическая группа, куда входят кислото- и метанообразующие бактерии, обитает в самых разных природных условиях. Их представители встречаются в:

водной среде;
болотах;
растениях;
кишечнике жвачных животных и человека;
экскрементах животных.

Метаногенные анаэробы способны существовать только в теплых условиях, хотя сами тепла не выделяют. В зависимости от температуры, необходимой для жизнедеятельности метанообразующих прокариотов, их делят на 3 основные группы:

психрофильные, от 5 до 20°С;
мезофильные, от 30 до 42°С;
термофильные, от 52 до 56°С.

Вместе с тем метаногенные экстремофилы живут в термальных источниках, в горах, в толще земной коры и в глубинах океанов.

При понижении температуры ниже 0°С жизнедеятельность бактерий замирает, при росте температуры сверх 90°С метанообразующие анаэробы погибают.

Методы исследований

Для преимущественного развития, роста, выделения и очистки метаногенов
используют среду следующего состава (г/л):KH₂PO₄— 0,38; Na₂HPO₄— 0,53; NH₄Cl —
0,30; NaCl — 0,30; CaCl₂*2H₂O — 0,11; MgCl₂*6H₂O — 0,10;резазурин — 0,001(индикатор
восстановительных условий), раствор микроэлементов — 1,0 мл/л; раствор
витаминов — 0,5 мл/л.

Конечная концентрация микроэлементов в среде должна составить (мг/л): FeCl₂*4H₂O — 0,944; H₃BO₃— 0,062; CuCl₂— 0,013; MnCl₂*4H₂O — 0,061; CoCl₂*6H₂O — 0,066; NiOH — 0,400; ZnCl₂— 0,068; Na₂SeO₃— 0,017; NaWO₄— 0,029; Na₂MoO₄— 0,021.

Конечная концентрация витаминов в среде должна составлять (мг/л): биотин
— 0,01; фолиевая кислота — 0,01;никотинамид-0,10; n-амиобензойная кислота-0,05;тиамин- 0,10;пантотеновая кислота
— 0,05, пиридоксамин — 0,25; цианкобаламин — 0,05;рибофлавин — 0,05.

Минеральную среду кипятят для избавления от кислорода, затем охлаждают до
комнатной температуры и разливают под током азота (свободного от кислорода) для
предотвращения диффузии кислорода в среду. Среды разливают во флаконы,
закрывают резиновыми пробками и зажимают алюминиевыми колпачками. Затем газовую
фазу заменяют на требуемую. Конечное давление во флаконах составляет — 1,6 атм.
Среды стерилизуют автоклавированием, а раствор витаминов — фильтрованием. После
стерилизации в среду добавляют раствор Na₂S до
конечной концентрации 278мг/л, витамины, а также требуемое количество
стерильного субстрата.

Все пересевы микроорганизмов осуществляют с помощью стерильных шприцев,
не нарушая условий анаэробиоза.

Для выделения и количественного учета метанобразующих бактерий в
агаризованных средах наибольшее распространение получили посевы во вращающихся
пробирках. Полностью подготовленные пробирки со средой стерилизуют, и
расплавленный агар помещают в водяную баню. В такой агар производят посев
разведений почвенной суспензии. Пробирки вращают вручную или в специальном
вращающемся зажиме. Пробирку с застывшим агаром снимают и сохраняют в
вертикальном положении, так как скапливающийся конденсат может смыть посев.

Выделение чистых культур метаногенов производят методом рассева активных
накопительных культур на агаризованные среды в чашках Петри в анаэробном боксе.
Чистые культуры могут быть также получены при выделении отдельных колоний,
вырастающих во вращающихся пробирках по Хангейту. Выделение также следует
проводить в анаэробном боксе. Проверку чистоты культур метанобразующих бактерий
следует проводить очень тщательно. Микроскопирование культур на разных стадиях
роста дает ценное указание на однородность культуры. Проверку также проводят путем
рассева на твердые среды в анаэробных условиях. Материал берут из отдельных
колоний с помощью микробиологической петли и осуществляют поверхностный посев
на среду в чашках Петри. При глубинном посеве из расплавленной агаризованной
среды стерильным шприцем вносят сусло клеток из отдельной колонии,
приготовленную в стерильном анаэробном растворе. Свидетельством чистоты
культуры является однородность колоний и совпадение их признаков с описанными
ранее. Помимо обычных сред для банальной микрофлоры необходимо проверять
культуры на присутствие сульфатредуцирующих бактерий — частых спутников
метанобразующих бактерий. Кроме того, возможно присутствие анаэробов со
своеобразным обменом, участвующих в синтрофных ассоциациях с метанобразующими
бактериями. Особенно жесткие требования к чистоте культуры предъявляются в том
случае, когда исследуют использование метанобразующими бактериями иного
субстрата, чем водород- углекислотная смесь .

Глава 12 БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ

Микроорганизмам принадлежит исключительно важная роль в круговороте в природе, в образовании и разрушении месторождений полезных ископаемых, минералов и горных пород, а также в миграции отдельных элементов.

Основы понимания биохимической роли микроорганизмов были заложены на рубеже XIX и XX вв. исследованиями выдающихся русских микробиологов С. Н. Виноградского, Т. А. Надсона, В. Л. Омелянского, а также В. И. Вернадского, который указывал на большую роль микроорганизмов в перемещении, концентрации и рассеивании химических элементов в биосфере.

Наиболее отчетливо биогеохимическая деятельность микроорганизмов проявляется в реакциях разложения органического вещества, в окислении водорода, метана, элементарной серы, в восстановлении сульфатов и многих других процессах, обеспечивающих непрерывный круговорот биогенных элементов.

Будучи широко распространенными в природе и обладая активным ферментным аппаратом, микроорганизмы осуществляют процессы расщепления и синтеза самых сложных органических веществ. Благодаря минерализующей деятельности микроорганизмов происходит постоянное очищение поверхности земли от трупов животных и остатков растений. По словам В. Л. Омелянского, микроорганизмы являются настоящими могильщиками органического мира. Органические вещества растений и животных под действием микроорганизмов разлагаются на простые минеральные элементы, которые растворяются в воде и используются растениями в качестве источника питания, вовлекаясь таким образом в малый биологический круговорот. Следовательно, биологический круговорот объединяет процессы синтеза и распада органических веществ и обусловлен деятельностью живых организмов.

Помимо биологического круговорота элементов, в природе функционирует большой геологический круговорот. Он осуществляется действием физико-химических факторов и включает процессы выветривания горных пород, растворения минеральных продуктов выветривания и вынос их в моря и океаны. Преобладающая часть вынесенных минеральных элементов используется водными организмами и после их смерти частично переходит в состав осадочных пород, выключаясь тем самым из биологического круговорота. Если бы этот процесс был бы постоянно, то жизнь на земной поверхности не могла бы развиваться. Однако этого не происходит, так как биологически важные элементы непрерывно закрепляются в почве благодаря деятельности зеленых растений и некоторых автотрофных микроорганизмов, использующих минеральные элементы для синтеза органического вещества. После отмирания растения и животные минерализуются микроорганизмами и в зависимости от условий поступают в биологический или геологический круговорот. Круговорот веществ совершается по длинной цепи последовательных и тесно связанных между собой реакций.

предыдущая
к содержанию
следующая

А так же в разделе « Глава 12 БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ »

Трансформация
Типы донорных клеток
Трансдукция
ПЛАЗМИДЫ БАКТЕРИЙ
МИГРИРУЮЩИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ (МГЭ)
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Глава 11 ЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
11. Г МИКРОФЛОРА ПОЧВЫ
МИКРОФЛОРА ВОДЫ
Роль микроорганизмов в продуктивности и самоочищении водоемов
Санитарно-микробиологический контроль
МИКРОФЛОРА АТМОСФЕРЫ
КРУГОВОРОТ АЗОТА
Фиксация молекулярного азота
Механизм фиксации молекулярного азота
Бактериальныеудобрения
Аммонификация
Денитрификация
12.2. КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА
Расщепление крахмала
Расщепление пектиновых веществ
12.2,3. Расщепление целлюлозы
Превращение углеводородов
12.3. КРУГОВОРОТ СЕРЫ
Минерализация органической серы
1233. Восстановление минеральной серы
КРУГОВОРОТ ЖЕЛЕЗА
Глава 13 ВЗАИМООТНОШЕНИЯ В МИРЕ МИКРООРГАНИЗМОВ. АНТИБИОТИКИ.

Особенности строения и метаболизма метаногенов

Все известные метанообразующие анаэробы подразделяют на 3 группы, дифференцируя их по форме и размеру:

Виды, имеющие форму палочек длиной 307 мкм. Палочки могут быть прямыми или изогнутыми. Характерно образование нитей, большей частью лишенных подвижности.
Клетки неправильной сферической формы размером от 0,5 до 10 мкм. Могут быть как одиночными, так и сгруппированными попарно или в скопления. Неподвижные и подвижные.
Крупные неподвижные бактерии сферической формы. Размер клетки колеблется от 1,5 до 2,5 мкм.

Метанообразующие бактерии, относящиеся к анаэробам, не способны взаимодействовать со сложными химическими соединениями. Поэтому они существуют в тесном контакте с кислотообразующими микроорганизмами, получая энергию из преобразования их продуктов жизнедеятельности, которыми являются жирные кислоты.

Получение метана возможно двумя путями:

восстановление метильной СН3-группы уксусной кислоты или метилового спирта;
взаимодействие углекислого газа и водорода.

В случае вовлечения в реакции более сложных кислот восстановительный механизм СН3-группы сохраняется, а процесс описывается следующей схемой:

этанол окисляется до уксусной кислоты + СН4;
СН3-группа уксусной кислоты восстанавливается до СН4.

Систематическое положение

Для создания таксономической структуры метанобразующих бактерий был
использован филогенетический подход, основанный на сравнительном анализе
нуклеотидных последовательностей 16S рРНК. В соответствии с таким подходом в IX
издании Определителя бактерий Берджи группа разделена на три порядка
(Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicrobiales), коэффициент сходства
(SAB) для которых составляет 0,2 — 0,28. Далее порядки разделены на 6 семейств
(SAB = 0,34-0,36) и 13 родов (SAB = 0,46-0,51). Число видов достигает более 40.
SAB для них колеблется в пределах 0,55-0,65. О гетерогенности группы можно
судить и по нуклеотидному составу ДНК ее представителей (молярное содержание
ГЦ-оснований — от 27 до 61%).

· Надцарство: Procaryota

· Домен: Archaea

· Тип: Euryarchaeota

· Группа: Methanogenes (группа 31)

· Подгруппы:

· Порядок 1 (Methanobacteriales):

· Род: Methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanosphaera,
Methanothermus

· Порядок 2 (Methanomicrobiales):

· Род: Methanococcus, Methanocorpusculum, Methanoculleus,
Methanogenium, Methanomicrobium, Methanospirillium, Methanoplanus

· Порядок 3 (Methanococcales):

· Род: Methanococcoides, Methanosarcina, Methanothrix,
Methanohalobium, Methanohalophilus .

Экология еды из метана

Если сравнивать тонну белкового порошка из бактерий и такую же массу пшеницы, в каком случае углеродный след будет больше? Казалось бы, пока пшеница растет, то поглощает углекислый газ из воздуха, но не все так просто. Зерно завозят, землю пашут, поливают, удобрения производят, собранный урожай хранят на элеваторах — сооружениях, где с затратами электроэнергии очищают, сушат, сортируют зерно. Если посчитать углеродный след производства пшеницы, он будет выше, чем при получении белка из бактерий. Если же пшеницу дальше перерабатывать в крахмал или сахара, отрыв станет еще больше. Исследования по производству белка из газа перспективны. В будущем эти знания можно будет применить для создания нового источника сырья.

Углеродный след от производства белкового порошка из метана намного ниже, чем от выращивания пшеницы и переработки ее в крахмал или сахара

Для достижения полной углеродной нейтральности в будущем при создании бактериального белка из газа можно использовать связанные технологии. Например, ископаемый метан легко заменить биогазом — химически идентичным метаном, но собираемым с очистных сооружений или мусорных полигонов. Поставщиком пищи для бактерий также могут стать другие бактерии — метаногены. Они поглощают углекислый газ и производят метан, который можно запустить в биореактор и таким образом снизить выбросы CO₂. Все перспективы развития этой технологии еще только предстоит изучить.

Haha Haha 1 Love Love 1

Метанобактерии и ожирение

В 2009 году было проведено самое крупное исследование по связи ожирения и микрофлоры кишечника. После ряда исследований и ранее видели связь микробиома толстой кишки и энергетического обмена. Так вот что оказалось: количество метанобактерий у худых пациентов было больше, чем у тучных. Увеличение количества Methanobrebibacter у худых пациентов (особенно у людей с анорексией) объясняется адаптацией к низкокалорийной диете. Следовательно, повышение количества M.smithii — адаптация микрофлоры к питанию. Меняем рацион питания — меняется соотношение микрофлоры — меняется эффективность энергетического обмена. И еще.

Бактериальное выщелачивание руд

Способность Th. ferrooxidans окислять сульфиды нашла практическое применение для бактериального выщелачивания бедных руд. В настоящее время этот процесс используется в основном для обогащения медных руд с настолько низким содержанием меди, что их неэкономично обрабатывать обычным способом. Роль бактерий в этом процессе была выяснена недавно. В 1958 г. одной американской фирмой был запатентован способ бактериальной регенерации сернокислого окисного железа, выщелачивания меди и цинка из бедных руд, а также метод биологического обогащения молибденовых, железохромовых и железотитановых концентратов путем освобождения их от железа.

В настоящее время во многих странах микроорганизмы применяются для промышленного получения меди, урана и других металлов.

Таблица 52. Рак цитрусовых: пораженная кожура апельсина; 2 — поражённая ветка мандарина; 3 — больной стебель апельсина; 4,5 — больные листья апельсина; 6 — пораженные бактериальным ожогом плоды мандарина

Бактериальное выщелачивание руд делится на кучное и чановое. Проводится кучное выщелачивание отвалов, которые складывают на подготовленной цементированной площадке. Крупные куски руды чередуют с мелкими, предусматривают вентиляционные ходы. Отвалы периодически орошают кислыми бактериальными растворами. Медь в результате окисления переходит в воду в виде медного купороса, затем ее выделяют из водного раствора. Чановое выщелачивание экономично проводить для более дорогого сырья, например для обогащения концентратов. При этом способе выщелачивания часто образуются высокие концентрации металлов, поэтому целесообразно применять культуры бактерий, предварительно приученные к высоким концентрациям меди, мышьяка и других элементов. Так, при чановом выщелачивании успешно протекает процесс освобождения оловянных и золотых концентратов от мышьяка. В этих концентратах мышьяк присутствует в основном в виде арсенопи-рита — сульфида, легко окисляемого Th. ferrooxidans. Процесс очистки концентратов, содержащих 4—6% мышьяка, протекает около 120 ч.

Таблица 53. Пятнистый некроз виноградной лозы (поражённые ветки винограда)

В настоящее время получает широкое распространение гидрометаллургия. Бактериальное выщелачивание занимает среди других гидрометаллургических методов одно из первых мест.

Сульфидам часто сопутствуют редкие элементы. По геохимическим данным, количество таких элементов, как кадмий, галлий, индий, таллий, уменьшается в продуктах окисления сфалерита и галенита в 50 раз. Лабораторные опыты по воздействию бактерий на сульфиды, в кристаллической решетке которых цинк или свинец изоморфно замещается редким металлом, показали, что под действием бактерий в растворе создается в 2—6 раз большая концентрация редкого элемента, чем при химическом окислении.

Таким образом, в миграции редких элементов и в обеднении ими зоны окисления сульфидных месторождений бактерии играют большую роль.

В такие сульфиды, как пирит, арсенопирит, антимонит, бывают включены мельчайшие частицы золота, которые при химическом и бактериальном окислении сульфидов должны освобождаться. Так, при окислении гравитационного концентрата под действием бактерий в раствор переходило около 0,5 мг/л золота.

Таким образом, бактерии способны воздействовать даже на такой инертный металл, как золото. Кроме Th. ferrooxidans и других тио-новых бактерий, которые оказывают косвенное воздействие, существуют микроорганизмы, способные создавать вещества, вступающие в водно-растворимый комплекс с золотом. И. П а р е были выделены гетеротрофные бактерии, которые образовывали на органических средах, содержащих пептон и соли органических кислот, вещества неизвестной природы, растворяющие золото. Под действием бактерий, определенных как Вас. firmus и Вас. sphaericus, в раствор переходило до 10 мг/л золота. Возможно, что расшифровка химической природы водно-растворимого комплекса золота даст промышленности новый растворитель.

Каковы Метанотрофы

Метанотрофы — это еще одна группа микроорганизмов, которые окисляют метан в качестве основного источника углерода для производства энергии. Кроме того, метанотрофы обычно растут вблизи окружающей среды, где происходит метаногенез; например, океаны, грязь, болота, подземная среда, почвы, рисовые поля и свалки. Кроме того, они могут расти как аэробно, так и анаэробно. В аэробных условиях они окисляют метан в формальдегид, который затем включается в органические соединения через биохимические пути, ассимилируя углерод.

Фигура 2: Methylococcus capsulatus

Однако, исходя из пути усвоения углерода, метанотрофы можно разделить на две группы: Methylococcaceae или тип I метанотрофы и Methylocystaceae или метанотрофы типа II. Здесь метанотрофы типа I используют путь RuMP для ассимиляции углерода, в то время как метанотрофы типа I используют сериновый путь ассимиляции углерода. С другой стороны, анаэробные метанотрофы, которые живут в морских средах обитания и пресноводных отложениях, подвергаются обратному метаногенезу в сочетании с денитрификацией или восстановлением сульфатов.

Разница между метаногенами и метанотрофами

Определение

Метаногены относятся к любым метан-продуцирующим бактериям, особенно к археям, которые восстанавливают углекислый газ до метана, тогда как метанотрофы относятся к любой группе аэробных бактерий, способных использовать метан в качестве источника углерода и энергии. Таким образом, в этом заключается основное различие между метаногенами и метанотрофами.

Судьба метана

Другое важное различие между метаногенами и метанотрофами состоит в том, что метаногены производят метан, в то время как метанотрофы окисляют метан

Влияние кислорода

Кроме того, еще одно различие между метаногенами и метанотрофами состоит в том, что метаногены являются активными аноксическими условиями, в то время как метанотрофы активны в кислородных условиях.

значение

В то время как метаногены производят метан, который является парниковым газом, метанотрофы помогают уменьшить влияние метана. Следовательно, это также разница между метаногенами и метанотрофами.

Заключение

Метаногены — это метанообразующие микроорганизмы в почве

Важно отметить, что метаногены активны в бескислородных условиях. Метанотрофы, напротив, являются микроорганизмами, которые используют метан в качестве источника углерода

Они используют кислород для окисления метана с целью производства энергии. И метаногены, и метанотрофы играют ключевую роль в метановом цикле. Однако основное различие между метаногенами и метанотрофами заключается в их влиянии на метан и типе состояния кислорода, в котором они активны.

Промышленное значение

Неоценима практическая польза термофильных метановых бактерий в современной
жизни. Видная роль в изучении термофильных микроорганизмов принадлежит А. А.
Имшенецкому, Е. Н. Мишустину, Б. Л. Исаченко и др

Эти ученые не ограничились
разработкой только теоретической стороны проблемы явления термофилии, и их
исследования имели важное практическое значение

Одна из главных отличительных особенностей термофилов — ускоренный обмен
веществ. За последние годы благодаря новейшим методам исследования удалось
накопить данные, частично раскрывающие механизмы, при помощи которых клетка
защищается от воздействия высокой температуры. Установлено, что наиболее
существенные изменения под воздействием высокой температуры претерпевают
клеточные белки и липиды, с которыми связаны основные жизненные процессы.

Так, существуют методы утилизации органических отходов в так называемых
метантенках. В метантенках при высокой температуре и отсутствии молекулярного
кислорода происходит сбраживание органических веществ разнообразной
микрофлорой, в результате чего образуются водород и углекислота, которые и
используются археями при образовании метана. В среднем на поддержание требуемой
температуры ферментации расходуется от 15 — 20 % (мезофильный процесс) до 30 —
50 % (термофильный процесс) биогаза. Поэтому одним из важных моментов
эксплуатации метантенков является их хорошая теплоизоляция. Благодаря высокой
температуре процессы идут с высокой интенсивностью. В литературе сообщалось,
что от трупа лошади, помещенного в такой метантенк, через неделю остался один
скелет. Были сконструированы также установки для получения горючего газа —
метана из соломы, что, как предполагают, может обеспечить газом небольшие
сельскохозяйственные поселения.

Получение метана — важный путь утилизации сельскохозяйственных отходов.
Он получается в виде биогаза — смеси метана и углекислого газа. Поскольку
биогаз практически получают из сложных органических веществ (целлюлозы,
крахмала, белков, липидов, нуклеиновых кислот), то для метанообразования
применяют многокомпонентные микробные ассоциации.

Процесс метанобразования отличается высокой эффективностью: до 90 — 95%
используемого углерода переходит в метан. Поэтому метаногенные ассоциации с
успехом применяют для очистки сточных вод от органических загрязнений с
одновременным получением высококалорийного топлива. Использование биомассы в
качестве источника топлива открывает определенные перспективы решения проблемы
энергетики и охраны окружающей среды .

Также термофильные бактерии издавна применяются для очистки сточных вод.
Интерес к метановому брожению резко возрос, когда была обнаружена способность
бактерий продуцировать витамин В₁₂. В. Н. Букин показал возможность
получения этого ценного витамина при сбраживании термофильными метановыми
бактериями ацетоно-бутиловой барды. Одновременно может быть собран выделяющийся
при этом метан (10- 20 м3 на 1 м3 сброженной жидкости)
.

Роль бактерий в преобразовании и разрушении нефти

В настоящее время существуют две теории о происхождении нефти — органическая и минеральная. Хотя большинство исследователей придерживается органической теории, она все еще остается гипотетической, поскольку в современных условиях не удалось воспроизвести процесс образования нефти.

Образование нефтяной залежи связано с тем, что нефть вместе с водой мигрирует из нефте-образующего пласта и скапливается в антиклиналях (складках, обращенных изгибом вверх), где может происходить запечатывание залежи. В этом процессе участвуют и микроорганизмы.

Сульфатредуцирующие бактерия, используя органические вещества нефти, предварительно преобразованные аэробной микрофлорой, образуют сероводород, который, реагируя с кальцием, образует CaS, затем в результате реакции с угольной кислотой образуется вторичный кальцит GaCOg. Вторичный кальцит запечатывает нефтяную залежь. Микрофлора в запечатанной залежи очень бедна или вообще отсутствует, и в таком виде нефтяная залежь не подвергается воздействию микроорганизмов.

При контакте нефти с пластовыми водами начинается процесс разрушения ее микроорганизмами. Особенно энергично этот процесс протекает при закачке воды в пласт, когда нарушаются анаэробные условия. В первую очередь распаду подвергаются более легкие фракции нефти. Распад нефти часто сопровождается выделением горючих газов. При длительной эксплуатации месторождения процессы окисления нефти усиливаются, так как количество бактерий в пластовых водах увеличивается.

Пластовые воды многих нефтяных залежей содержат сульфаты и сероводород. Биологическое происхождение сероводорода было окончательно доказано с помощью метода меченых атомов. Было показано, что химического восстановления сульфатов в пластовых водах не происходит; количество сероводорода, образованного бактериями, может достигать 5 мг/л пластовой воды в сутки.

С месторождениями нефти часто связаны месторождения горючих газов. Диффундируя по трещинам, газы могут достигать земной поверхности, где происходит их окисление. Окисление метана идет до углекислоты. При этом выделяется большое количество свободной энергии, которую некоторые микроорганизмы, вероятно, могут использовать для фиксации продуктов окисления метана. Изучение распространения метан- и пропанокисляющих бактерий было положено Г. А. М о г и л е в с к и м в основу микробиологического метода поиска нефти и газа. Громадные количества газа ежегодно поступают в верхние почвенные горизонты, где они окисляются бактериями.

Особенно интенсивное образование сероводорода происходит при закачке в нефтяной пласт богатой сульфатами морской воды. Большие количества сероводорода вызывают коррозию нефтяного оборудования. Сульфатредуцирующие бактерии также ускоряют процесс электрохимической коррозии, окисляя выделяющийся на катодных участках металла водород.

Бактериальное потребление водорода вызывает нарушение ионного равновесия воды. Гидроксильные ионы также вызывают коррозию. Образование сплошного слоя сульфида железа на металле приостанавливает коррозию. Сульфатредуцирующие бактерии в анаэробных условиях вызывают коррозию любого металлического оборудования. Например, ежегодный ущерб от коррозии трубопроводов в Англии составляет 10 млн. фунтов стерлингов, и половину убытков относят за счет деятельности сульфатредуцирующих бактерий.

Вторичная отдача нефти может быть увеличена за счет выделения бактериями кислот (в частности, углекислоты), которые увеличивают поры известняковых коллекторов за счет образования газов. Газы, растворяясь в нефти, увеличивают ее подвижность. Таким образом, бактерии принимают активное участие в окислении и преобразовании нефтяных и газовых месторождений.

Для уничтожения сульфатредуцирующих бактерий была проведена закачка в пласт формалина, которая дала положительные результаты. Подобные опыты говорят о возможности вмешательства человека в деятельность микроорганизмов и возможности регулирования микробиологических процессов в природе.