Contoh metanogen disertai dengan penjelasan

Bakteri metanogen adalah bakteri yang mampu mensintesis metana (Methanobacterium, Methanococcus). Metanogen adalah satu-satunya makhluk hidup yang melakukan proses ini, yang selalu terjadi dalam anaerobiosis, yaitu di lingkungan yang miskin oksigen. Bakteri metanogen diklasifikasikan ke dalam kelompok mengikuti kriteria filogenetik.

Organisme ini menghasilkan metana dari berbagai jenis substrat:

Jenis CO2: karbon dioksida, format, karbon monoksida.
Metil substrat: metanol, metilamin, dimetilamina, metomercaptan, dimetil sulfida.
Jenis media asetat.

Reaksi produksi metana sangat eksoenergetik, dan mereka menggunakannya sebagai sumber energi, yaitu, mereka adalah organisme autotrofik. Bakteri metanogen juga menggunakan CO2 sebagai sumber karbon. Koenzim yang terlibat dalam proses ini adalah: koenzim F420, koenzim F430, metana furan, methanopterin, koenzim M dan protein HS-HTP.

Secara ekologis bakteri metanogen sangat penting, karena mereka adalah bagian dari siklus karbon di alam. Metana asal biologis menyumbang 80-85 persen dari total.

Filogeni dan keanekaragaman

Menurut analisis filogenetik RNA ribosomal 16S, metanogen diklasifikasikan dalam kelompok prokariotik, dan dalam subkelompok archaea. Ini dapat dikonfirmasikan dengan melihat bahwa metanogen adalah mikroorganisme uniseluler tanpa nukleus yang pasti dan dinding selnya bukan peptidoglikan seperti bakteri, tetapi pseudomurein.

Lebih khusus, dalam domain Archaea, ada empat tepi yang berbeda: tepi Crenarchaeota, dibentuk oleh spesies laut dan hipertermofil, tepi Korarchaeota membentuk sejauh yang kita ketahui oleh termofil, tepi Nanoarchaeota yang terdiri dari spesies tunggal dan tepi Euryarchaeota, di mana tepatnya metanogen dan halofil ekstrim ditemukan.

Saat ini, sekitar enam puluh spesies metanogen yang berbeda diketahui, dan meskipun merupakan kelompok filogenetik yang koheren, kelompok ini tidak homogen. Ada perbedaan fisiologis dan morfologis yang besar di antara mereka. Untuk alasan ini, empat subdivisi telah dibuat, membentuk kelas-kelas berikut: Methanobacteria, Methanococci, Methanomicrobia dan Methanopyri. Kelas-kelas ini dibagi lagi menjadi ordo dan famili. Dengan cara yang sama, famili dibagi menjadi genus, dan kemudian menjadi spesies

Yang menarik adalah dalam setiap keluarga dan bahkan dalam setiap genus, kita menemukan organisme dengan morfologi yang berbeda, misalnya, dalam keluarga Methanomicrobiaceae, ada metanogen bulat, spiral, dan batang. Dengan cara yang sama, mikroorganisme ini ditemukan di lingkungan yang berbeda, dan karena itu, memiliki metabolisme yang berbeda, dengan mengurangi substrat yang berbeda untuk mendapatkan metana.

Habitat

Sedimen berair. Dalam sedimen di dasar danau, sungai dan kolam, di mana organisme anaerob mengambil keuntungan dari limbah dari organisme aerob. Bakteri fermentasi pertama mensintesis enzim hidrolitik, mengkatalisasi degradasi polimer kompleks dalam monomer. Kemudian mereka memfermentasi produk terlarut menjadi H2 dan CO2, dengan cara transfer antarspesies H2 (bakteri penghasil H2 asetogenik mengkatalisasi oksidasi alkohol dan asam lemak) mendapatkan H2, CO2 dan asam lemak yang akhirnya methanogen menempati untuk menghasilkan metana.

Habitat laut. Metanogen terjadi dengan cara yang sama seperti pada sedimen berair tetapi dengan spesies haler dan halofob. Jenis lain banyak ditemukan di sumber yang kaya sulfat, seperti cerobong asap laut. Metanogen menghasilkan metana dari amina teretilasi, aldehida dan tiol. Reaksi yang berbeda tidak dibuat oleh satu spesies, tetapi interaksi beberapa mikroorganisme, banyak dari mereka masih diselidiki.

Hewan ruminansia. Polimer (seperti selulosa) yang ditemukan dalam rumen ruminansia (sapi, rusa kutub, domba, dll.) Difermentasi oleh bakteri ke rantai yang lebih pendek, seperti asam lemak, H2 dan CO2, yang ditempati metanogen, metana yang dibuang. Ini melayani hewan untuk memiliki asetat, propionat, dan butirat sebagai sumber energi. Gas-gas, karbon dioksida dan metana, dibuang oleh hewan dengan sendawa dan kotoran.

Rayap. Beberapa rayap, seperti Xylophagous spp. mereka memiliki populasi padat dari prokariota yang berbeda dalam sistem pencernaan mereka untuk mencerna polimer kayu yang kompleks. Metanogen tidak secara langsung di perut rayap, tetapi di dalam beberapa bakteri atau protozoa yang pada gilirannya berada di dalam rayap.

Hewan lain. Metanogen ditemukan di suatu tempat di saluran pencernaan banyak herbivora, seperti kuda atau kita. Dalam polimer yang tidak dapat dicerna manusia, dari makanan seperti kacang, pergi ke usus besar, di mana mereka difermentasi oleh konsorsium mikroorganisme lain, yang meliputi metanogen. Ini terjadi pada sekitar 30-40% populasi manusia, dan metana dikeluarkan melalui perut kembung.

Metanogenesis dan siklus karbon

Konversi CO2 menjadi CH4 oleh metanogen menyebabkan siklus karbon, metanogen dan metanogenesis saling terkait erat.

Metanogen adalah bagian penting dari siklus karbon, karena mereka mengembalikan ke atmosfer dari kondisi anaerob, bukannya berakumulasi secara bertahap dalam lapisan air dan atmosfer. Karena hubungan simbiosis yang mereka miliki dengan organisme seperti sapi dan rayap, sejumlah besar metana dilepaskan.

Dalam kasus metana yang diproduksi di dasar laut atau danau, mayoritas (sekitar 90%) dikonsumsi oleh busur metanotropik, dalam serangkaian reaksi oksidasi 2-elektron. Archaea seperti itu biasanya ditemukan di perbatasan antara media anaerob dan aerob dan merupakan organisme chemoheterotrophic. Mereka mengoksidasi CH4 dan menghasilkan CO2, tetapi mereka tidak menghasilkan H2, jadi itu bukan proses kebalikan dari methanogenesis.

Di beberapa habitat, tidak semua metana dikonsumsi dan mencapai atmosfer. Ini terjadi terutama di sedimen rawa dan sawah. Metana dapat berdifusi keluar dari sedimen dan mencapai atmosfer sebelum dioksidasi, diangkut langsung dalam gelembung atau meninggalkan sistem anaerob melalui sistem vaskular tanaman.

Metana yang dihasilkan metana di dalam sistem pencernaan beberapa mamalia, seperti ruminansia dan manusia, dilepaskan langsung ke atmosfer dalam bentuk gas usus yang dikeluarkan oleh sendawa atau evakuasi. Proses simbiosis yang serupa terjadi pada rayap, tetapi tidak diketahui dengan pasti berapa banyak metana yang dilepaskan, karena mereka hanya mencerna dengan ini berarti sebagian kecil dari karbon, oleh karena itu, nilai estimasi untuk produksi metana mereka tidak sepenuhnya akurat.

Metana atmosfer akhirnya mencapai stratosfer, di mana ia bereaksi dengan radikal bebas, biasanya hidroksil, membentuk CH3, yang dapat berpartisipasi dalam reaksi yang mengarah pada pembentukan ozon atau sebaliknya terhadap kehancurannya. Interaksi dengan klorin radikal menyebabkan penipisan ozon. Oksidasi metana di stratosfer juga dapat menjadi sumber air penting yang membentuk awan es pada ketinggian 85 km.

Dampak global

Metana adalah gas rumah kaca yang penting. Meskipun konsentrasi atmosfer saat ini, 1,7 ppm (volume) jauh lebih rendah daripada indeks karbon dioksida. Setiap molekul metana dianggap 62-23 kali lebih efektif daripada CO2 sebagai gas rumah kaca. Oleh karena itu, ini adalah gas rumah kaca terpenting kedua, berkontribusi dengan pemanasan 25% dari apa yang karbon dioksida lakukan.

Metana atmosfer selama bertahun-tahun dapat diukur dengan gelembung es di kutub pada kedalaman yang berbeda. Dari ini, peningkatannya dalam 1% per tahun telah ditentukan. Dengan cara yang sama diketahui bahwa ia tetap relatif konstan pada 0,8 ppm dari 1600 hingga 1850, ketika mulai meningkat menjadi 1,7 ppm saat ini.

Poin yang jelas adalah metana atmosfer berada dalam konsentrasi yang tidak terlihat selama 160.000 tahun. Variabel seperti itu dapat langsung dikaitkan dengan aktivitas manusia, seperti yang mudah dilakukan pada masa ini. Namun, bertentangan dengan apa yang akan didikte oleh pemikiran umum, ini tidak secara langsung disebabkan oleh aktivitas industri kita, tetapi karena metabolisme metanogen yang tidak bersalah dan tidak disengaja.

Rumen ternak, berasal dari habitat di mana metana yang dihasilkan oleh metanogenesis dilepaskan ke atmosfer. Habitat yang sesuai dengan bagian penting dari sumber makanan manusia, dan yang akibatnya telah meningkat jumlahnya sesuai dengan kebutuhan populasi dunia. Yang ditambahkan diproduksi oleh limbah yang terkubur.

Meskipun produksinya biogenik, itu pada akhirnya disebabkan oleh manusia. Jika kita menghapus total emisi yang secara langsung atau tidak langsung disebabkan oleh kita, kita menemukan bahwa total antropogenik diperkirakan 302^-715 × 10^12 g / tahun. Produk dari proses industri dan limbah, ternak, tanaman padi dan pembakaran biomassa, terutama.

Perubahan iklim adalah masalah kontroversial, kompleks dan terkait dengan kepentingan ilmiah, politik, ekonomi dan sosial seluruh umat manusia, sehingga pembahasannya merupakan proses yang lambat (terlalu lambat) dan rumit. Namun, langkah-langkah dapat diambil terkait emisi metana. Langkah pertama adalah memulai dengan ternak, di mana penurunan sederhana telah dicapai dengan merawat mereka dengan antibiotik ionoporic. Demikian pula, mungkin mengadopsi praktik-praktik tertentu dalam pengelolaan tanaman padi mengurangi emisi metana mereka.

Ini adalah masalah serius yang sayangnya kebodohan terjadi. Metanogenesis telah ada sejak tahap awal kehidupan dan metana adalah bagian penting dari siklus karbon dengan mencegah CO2 terperangkap dalam sedimen dan siklus berhenti. Untungnya, penelitian sedang dilakukan dalam hal ini dan ada proyek untuk mengurangi produksi metana pada tumbuhan padi dan peternakan.