メタンの嫌気性酸化

メタンの嫌気的酸化（AOM ）は、無酸素の海洋および淡水堆積物で発生するメタン消費微生物プロセスです。AOMは中温菌で発生することが知られていますが、好冷菌、好熱菌、好塩菌、好酸性菌、好アルカリ菌でも発生します。 ^[1] AOM中、メタンは硫酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、金属などのさまざまな末端電子受容体によって、単独で、またはパートナー生物と共生して酸化されます。 ^[2]

全体的な反応は次のとおりです。

CH ₄ + SO ₄ ²⁻ → HCO ₃ ⁻ + HS ⁻ + H ₂ O

硫酸塩による AOM は、メタン栄養性古細菌と硫酸塩還元細菌の共生コンソーシアムによって媒介されます。^{[7]これらはしばしば小さな凝集体、時には大きなマットを形成します。古細菌のパートナーは ANME と略され、これは「嫌気性}メタン栄養菌」の略です。ANME はメタン生成古細菌と非常に密接に関連しており、最近の調査では AOM はメタン生成の酵素的逆転であると示唆されています。^[8]共生パートナーがどのように相互作用し、古細菌と細菌細胞の間でどの中間体が交換されるかは、まだ十分に理解されていません。AOM に関する研究は、原因となる生物が分離されていないという事実によって妨げられています。これは、これらの生物が非常に遅い成長速度を示し、最小の倍加時間は数か月であるためです。数え切れないほどの分離努力にもかかわらず、嫌気性メタン酸化細菌の 1 つを分離することができていません。考えられる説明としては、ANME 古細菌と SRB は絶対共栄養相互作用を持つため、個別に分離できないということが挙げられます。

化石貯留層（冷水湧出帯、泥火山、ガスハイドレート鉱床など）からのメタン放出が激しい海底地域では、硫化水素濃度が非常に高くなるため、糸状硫黄細菌（ベギアトアを参照）などの化学合成生物や、硫化物酸化細菌を共生する動物（二枚貝、チューブワーム）が、硫化水素生成中に生成される大量の硫化水素で繁殖することができます。硫化水素生成から生成される重炭酸塩（HCO ₃ ^{− ）は、（i）}炭酸カルシウムまたはいわゆるメタン由来の自生炭酸塩^[9]の沈殿によって堆積物に隔離され、（ii）上部の水柱に放出されます。^[10]メタン由来の自生炭酸塩は地球上で最も13Cが枯渇した炭酸塩として知られており、PDBではδ13C^値が-125^パーミルと低いことが報告されています。^[11]

全体的な反応は次のとおりです。

CH ₄ + 4 NO ₃ ⁻ → CO ₂ + 4 NO ₂ ⁻ + 2H ₂ O

3 CH ₄ + 8 NO ₂ ⁻ + 8 H ⁺ → 3 CO ₂ + 4 N ₂ + 10 H ₂ O

最近、ANME-2dが硝酸塩駆動型AOMの原因であることが示されました。^[5] Methanoperedens nitroreducensと名付けられたANME-2dは、細菌ドナーから水平伝播した硝酸塩還元遺伝子を使用して、硝酸塩を末端電子受容体とする逆メタン生成を介して、パートナー生物なしで硝酸塩駆動型AOMを実行できます。これは、mcr遺伝子とmer遺伝子を含む最初の完全な逆メタン生成経路でもありました。

2010年には、オミクス、特にメタゲノミクス解析により、亜硝酸塩の還元とメタン酸化を、古細菌のパートナーを必要とせずに、単一の細菌種であるCandidatus Methylomirabilis oxyfera（門NC10 ）によって結合できることが示されました。^[12]

AOMは、海洋から大気中への温室効果ガスであるメタンの排出を削減する非常に重要なプロセスであると考えられています。海洋堆積物から発生するメタンの約80％がこのプロセスによって嫌気的に酸化されると推定されています。^[13]

• ボルグ（微生物学）

• Dennis D. Coleman、J. Bruno Risatti、Martin Schoell (1981)メタン酸化細菌による炭素および水素同位体の分別| Geochimica et Cosmochimica Acta | 第 45 巻、第 7 号、1981 年 7 月、1033-1037 ページ |https://doi.org/10.1016/0016-7037(81)90129-0 | 要約

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