کشف علمی بزرگ: دانشمندان اولین شواهد تجربی از موجودات جدید تولیدکننده متان را یافتند

تیمی از دانشمندان دانشگاه ایالتی مونتانا اولین شواهد تجربی را مبنی‌بر اینکه دو گروه جدید از میکروب‌ها که در «پارک ملی یلواستون» رشد کرده‌اند متان تولید می‌کنند، ارائه کردند. این کشف روزی می‌تواند روش‌های کاهش تغییرات آب و هوایی را توسعه دهد و بینش‌های جدیدی درباره حیات در سایر نقاط منظومه شمسی ارائه کند.

مجله Nature این هفته یافته‌های آزمایشگاه «رولاند هاتزنپیچلر» را منتشر کرد. این دو مقاله علمی توصیف می‌کنند که محققان MSU تأیید کرده‌اند که نمونه‌های اولیه ارگانیسم‌های تک‌سلولی که متان تولید می‌کنند، خارج از شاخص پَهن‌باستانیان واقع شده‌اند. پَهن‌باستانیان بخشی از شاخه بزرگ‌تر درخت حیات، به نام آرکی‌باکتری‌ها هستند.

متانوژن‌ها

موجودات تک‌سلولی تولیدکننده متان را متانوژن می‌نامند. درحالی‌که انسان و سایر حیوانات برای زنده ماندن غذا می‌خورند، اکسیژن تنفس می‌کنند و کربن دی‌اکسید را بازدم می‌کنند، متانوژن‌ها مولکول‌های کوچکی مانند کربن دی‌اکسید یا متانول را می‌خورند و متان را بازدم می‌کنند. بیشتر متانوژن‌ها بی‌هوازی سخت هستند، یعنی نمی‌توانند در حضور اکسیژن زنده بمانند.

دانشمندان از دهه 1930 می‌دانستند که بسیاری از ارگانیسم‌های بی‌هوازی موجود در دامنه باکتری‌های باستانی متانوژن هستند و برای دهه‌ها معتقد بودند که همه متانوژن‌ها در شاخه پَهن‌باستانیان قرار دارند.

اما حدود 10 سال پیش، میکروب‌های حاوی ژن‌های مربوط به تولید متان در شاخه‌های دیگر، نظیر Thermoproteota، کشف شدند. این شاخه شامل دو گروه میکروبی به نام‌های Methanomethylicia و Methanodesulfokora است.

هاتزنپیچلر گفت: «تمام چیزی که ما درمورد این موجودات می‌دانستیم دی‌ان‌ای آنها بود. هیچ‌کس تا به‌حال سلولی از این متانوژن‌های فرضی را ندیده بود؛ هیچ‌کس هم نمی‌دانست که آیا آنها واقعاً از ژن‌های متانوژن‌های خود استفاده می‌کردند یا از طریق دیگری رشد می‌کردند.»

هاتزنپیچلر و تیم محققانش با استناد به نتایج مطالعه‌ای که سال گذشته منتشر شد، تصمیم گرفتند بررسی کنند که آیا این موجودات از طریق متانوژن‌ها زندگی می‌کنند یا خیر.

آزمایش میکروب‌های تولیدکننده متان

نمونه‌ها از رسوبات چشمه‌های آب‌گرم پارک ملی یلواستون در دمای 61 تا 72 درجه سانتی‌گراد تهیه شدند. «آنتونی کوهتز»، دانشجوی دکترای MSU و ویولا کروکنبرگ، میکروب‌های یلواستون را در آزمایشگاه پرورش داد.

یکروب‌ها نه تنها زنده ماندند بلکه رشد کردند و متان تولید کردند. سپس تیم برای توصیف زیست‌شناسی میکروب‌های جدید با «زاکاری جی»، دانشمند دانشگاه فدرال زوریخ، مشارکت کرد. در همان زمان، یک گروه تحقیقاتی به سرپرستی «لی چنگ» از مؤسسه بیوگاز چین و «دیانا سوزا» از دانشگاه واخنینگن در هلند با موفقیت یکی دیگر از این متانوژن‌های جدید را رشد دادند.

هاتزنپیچلر گفت: «تا قبل از مطالعات ما، به‌جز تعیین توالی دی‌ان‌ای، هیچ کار آزمایشی روی این میکروب‌ها انجام نشده بود.»

او گفت که چنگ و سوزا پیشنهاد دادند که مطالعات را باهم برای انتشار ارائه کنند. مقاله چنگ که جداسازی Methanomethylicia را گزارش می‌کرد، به‌طور مشترک با دو مطالعه آزمایشگاهی هاتزنپیچلر منتشر شد.

گروه‌های جدید تولیدکننده متان

به گفته هاتزنپیچلر، درحالی‌که یکی از گروه متانوژن‌های تازه شناسایی شده، Methanodesulfokora، به‌نظر محدود به چشمه‌های آب گرم و دریچه‌های گرمابی در اعماق دریا است، Methanomethylicia به‌طور گسترده‌تری گسترش یافته است.

آنها گاهی در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، دستگاه گوارش حیوانات نشخوارکننده، رسوبات دریایی، خاک‌ها و تالاب‌ها یافت می‌شوند.

به گفته آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، متانوژن‌ها 70 درصد متان جهان را تولید می‌کنند. متان گازی است که 28 برابر قوی‌تر از کربن دی‌اکسید گرمای جو را به دام می‌اندازد.

هاتزنپیچلر گفت: «میزان متان با سرعت بسیار بالاتری نسبت به کربن دی‌اکسید درحال افزایش است و انسان‌ها متان را با سرعت بالاتری نسبت به قبل وارد جو می‌کنند.»

درحالی‌که آزمایش‌ها به یک سوال مهم پاسخ دادند، سؤالات بیشتری را ایجاد کردند. به‌عنوان مثال، دانشمندان هنوز نمی‌دانند که آیا Methanomethylicia که در محیط‌های حداقلی زندگی می‌کند برای رشد به متانوژن‌ها متکی است یا اینکه به روش‌های دیگری رشد می‌کند.

هاتزنپیچلر می‌گوید: «بهترین حدس من این است که آنها گاهی اوقات با ساخت متان رشد می‌کنند و گاهی اوقات کاملاً روش دیگری را در پیش می‌گیرند. اما نمی‌دانیم چه زمانی، چگونه یا چرا رشد می‌کنند. اکنون باید بفهمیم که چه زمانی در چرخه متان نقش دارند و چه زمانی نه.»

درحالی‌که بیشتر متانوژن‌های موجود در پهن‌باستانیان از کربن دی‌اکسید یا استات برای ساخت متان استفاده می‌کنند، Methanomethylicia و Methanodesulfokora از ترکیباتی مانند متانول استفاده می‌کنند. این ویژگی می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا یاد بگیرند که چگونه شرایط محیط‌های مختلف را تغییر دهند تا متان کمتری در جو منتشر شود.