Από το διοξείδιο του άνθρακα στο μεθάνιο

Για κάποιους μικροοργανισμούς o σχηματισμός μεθανίου από διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) ήταν ένας τρόπος για να παράξουν ενέργεια ήδη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό ανακάλυψε ο Δρ Παναγιώτης Αδάμ (Πτυχιούχος του Τμήματος Βιολογίας του ΕΚΠΑ) και Υπότροφος Alexander von Humboldt στο University of Duisburg-Essen με την συνεργασία του καθηγητή Κωνσταντίνου Βοργιά από το Τμήμα Βιολογίας του ΕΚΠΑ, του καθηγητή Alexander Probst και του μεταδιδακτορικού φοιτητή Till Bornemann από το Research Center One Health Ruhr του University of Duisburg-Essen. Σημαντική ήταν η συμμετοχή του Γιώργου Κολυφέτη που συνεισέφερε σε αυτή την έρευνα στα πλαίσια της διπλωματικής του εργασίας στο τμήμα Βιολογίας του ΕΚΠΑ με υπεύθυνο τον κ. Βοργιά. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο αγγλόφωνο περιοδικό Science Advances**.

Το μεθάνιο είναι εύφλεκτο, άχρωμο και άοσμο και, μεταξύ άλλων, συστατικό του φυσικού αερίου. Η κύρια πηγή βιολογικής παραγωγής μεθανίου είναι μικροοργανισμοί που ονομάζονται Αρχαία και ευθύνονται για τις εκπομπές μεθανίου από ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως η κτηνοτροφία, οι ορυζώνες και κατά την αποσύνθεση της οργανικής ύλης. Το μεθάνιο, ως αέριο του θερμοκηπίου είναι περίπου 25 φορές πιο επιβλαβές από το διοξείδιο του άνθρακα και επιταχύνει σημαντικά την κλιματική αλλαγή. Από το 2020 έως το 2021, η μέση ετήσια συγκέντρωση μεθανίου αυξήθηκε παγκοσμίως περισσότερο από ό, τι τα προηγούμενα έτη.

Τα μεθανογόνα αυτά Αρχαία συνεισφέρουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου εδώ και περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν ότι o αρχαιότερος τρόπος μεθανογένεσης ήταν από διοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο. “Στην πορεία της ιστορίας της Γης, εξελίχθηκαν διάφορες ομάδες μεθανογόνων που μπορούσαν επίσης να σχηματίσουν μεθάνιο από οργανικές ενώσεις όπως η μεθανόλη”, λέει ο ο επικεφαλής της έρευνας Δρ Παναγιώτης Αδάμ, που ανέφερε επίσης ότι υπήρχαν για χρόνια διαφωνίες στην επιστημονική κοινότητα διαφωνεί εδώ και καιρό σχετικά με τον αρχικό τρόπο παραγωγής του μεθανίου. “Στη συνέχεια, από τα αρχικά γονίδια προέκυψαν τα υπόλοιπα είδη μεθανογένεσης και άλλα μεταβολικά μονοπάτια (αναερόβια οξείδωση μεθανίου και άλλων αλκανίων)  τα οποία λειτουργούν απουσία οξυγόνου. Έτσι, τα γονίδια για την παραγωγή μεθανίου είναι η προέλευση πολλών άλλων μεταβολικών μονοπατιών του κύκλου του άνθρακα στον πλανήτη”, εξηγεί ο βιολόγος.

Οι ερευνητές από το University of Duisburg-Essen και το ΕΚΠΑ ανακάλυψαν επίσης δύο νέες ομάδες μικροργανισμών με γονίδια-«υπολείμματα» της μεθανογένεσης των οποίων μελέτησαν την εξέλιξη και την οικολογία μέσω των γονιδιωμάτων τους. “Έχουν διατηρήσει έναν πολύ μεγάλο αριθμό υπολειμματικών γονιδίων. Τα ονομάζουμε “Mnemosynellales”, από τη Μνημοσύνη, τη θεά της μνήμης, και “Hecatellales” από την Εκάτη, τη θεά των σταυροδρομιών. Ζουν βαθιά στο υπέδαφος σε γεωθερμικά περιβάλλοντα ή σε κοιτάσματα πετρελαίου. Παρότι δεν είναι πλέον μεθανογόνα, έχουν ενσωματώσει τα υπολειμματικά γονίδια σε άλλα μεταβολικά μονοπάτια που τους επιτρέπει να συμμετέχουν ενεργά στον κύκλο του άνθρακα”, λέει ο Δρ. Αδάμ. Ο Δρ. Αδάμ και ο κ. Κολυφέτης είναι οι πρώτοι συγγραφείς της μελέτης.

** Adam, P./Kolyfetis, G.: Genomic remnants of ancestral methanogenesis and hydrogenotrophy in Archaea drive anaerobic carbon cycling., in: Science Advances 8(44), eabm9651), https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm9651

Με πληροφορίες από το Press Office του University of Duisburg-Essen: https://www.uni-due.org/presse/von-kohlendioxid-zu-methan/