ให้ความรู้เกี่ยวกับก๊าซมีเทน

มีเทนเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพสูง ดังนั้นการศึกษาแหล่งและอ่างเก็บกักทางชีวธรณีเคมีทางธรรมชาติและจากมนุษย์จึงเป็นที่สนใจอย่างมาก เป็นเวลาหลายปีที่นักวิทยาศาสตร์พิจารณาว่าก๊าซมีเทนถูกผลิตโดยจุลินทรีย์เซลล์เดียวที่เรียกว่า Archaea เท่านั้น จากการสลายตัวของสารอินทรีย์ในสภาวะที่ไม่มีออกซิเจน (แบบไม่ใช้ออกซิเจน) ปัจจุบัน การทำงานร่วมกันของนักวิทยาศาสตร์ด้านโลกและสิ่งมีชีวิตที่นำโดยแฟรงก์ เคปเปลอร์และอิลกา บิสชอฟส์ได้แสดงให้เห็นว่าเอนไซม์อาจไม่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของมีเธน เนื่องจากกระบวนการนี้สามารถเกิดขึ้นผ่านกลไกทางเคมีล้วน ๆ Leonard Ernst นักวิจัยรุ่นเยาว์ที่ได้รับการฝึกฝนแบบสหวิทยาการซึ่งเป็นผู้ดำเนินการศึกษากล่าวว่า "การก่อตัวของมีเธนซึ่งถูกกระตุ้นโดยออกซิเจนที่มีปฏิกิริยามักเกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบการก่อตัวของก๊าซมีเทนที่เกิดจากชนิดของปฏิกิริยาออกซิเจนในสิ่งมีชีวิตจำลองมากกว่า 30 ชนิด ตั้งแต่แบคทีเรียและอาร์เคียไปจนถึงยีสต์ เซลล์พืช และเซลล์มนุษย์ เมื่อ 16 ปีที่แล้ว นักวิจัยมักซ์พลังค์ค้นพบการปล่อยก๊าซมีเทนจากพืชเมื่อมีออกซิเจน (ใช้ออกซิเจน) เมื่อ 16 ปีก่อน อย่างไรก็ตาม ในตอนแรกผลลัพธ์ยังเป็นที่น่าสงสัย เนื่องจากการก่อตัวของ ก๊าซมีเทน ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยความรู้ที่มีอยู่แล้วเกี่ยวกับพืช เมื่อนักวิจัยสังเกตเห็นว่าเชื้อรา สาหร่าย และไซยาโนแบคทีเรีย (เดิมคือสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน) ก่อตัวมีเธนภายใต้สภาวะแอโรบิก กิจกรรมของเอนไซม์จึงถูกสันนิษฐานว่ามีส่วนรับผิดชอบ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยไม่เคยพบเอนไซม์ที่สอดคล้องกันในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้เลย Frank Keppler นักธรณีศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์กกล่าวว่า "การศึกษาครั้งนี้จึงเป็นก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจการก่อตัวของก๊าซมีเทนแบบแอโรบิกในสิ่งแวดล้อม" "กลไกที่เป็นสากลนี้ยังอธิบายข้อสังเกตของการศึกษาก่อนหน้านี้เกี่ยวกับการปลดปล่อยก๊าซมีเทนจากพืช กิจกรรมของเซลล์สูงทำให้เกิดมีเทนมากขึ้น ขณะนี้นักวิจัยสามารถแสดงโดยใช้แบคทีเรียBacillus subtilisได้ มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดระหว่างกิจกรรมการเผาผลาญและขอบเขตของการก่อตัวของก๊าซมีเทน กิจกรรมเมตาบอลิซึม โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้อิทธิพลของออกซิเจน นำไปสู่การก่อตัวของสายพันธุ์ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาในเซลล์ ซึ่งรวมถึงไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และอนุมูลไฮดรอกซิล ในการปฏิสัมพันธ์กับธาตุเหล็กที่จำเป็น ปฏิกิริยาเฟนตันจะเกิดขึ้น ซึ่งเป็นปฏิกิริยาระหว่างธาตุเหล็กที่ลดลงและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่นำไปสู่การก่อตัวของสารประกอบเหล็กเตตระวาเลนต์ที่มีปฏิกิริยาสูงและอนุมูลไฮดรอกซิล โมเลกุลอย่างหลังขับเคลื่อนการแตกแยกของเมทิลแรดิคัลจากสารประกอบเมทิลเลตซัลเฟอร์และไนโตรเจน ตัวอย่างเช่น กรดอะมิโนเมไทโอนีน ในปฏิกิริยาที่ตามมาของอนุมูลเมทิลกับอะตอมของไฮโดรเจน จะเกิดมีเธนในที่สุด ปฏิกิริยาทั้งหมดสามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาในหลอดทดลอง และได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญจากสารชีวโมเลกุล เช่น ATP และ NADH ซึ่งสร้างขึ้นโดยเมแทบอลิซึมของเซลล์ ความเครียดออกซิเดชันช่วยเพิ่มการสร้างมีเทน ความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นเพิ่มเติมซึ่งถูกกระตุ้นโดยปัจจัยทางกายภาพและเคมี เช่น อุณหภูมิแวดล้อมที่สูงขึ้นหรือการเพิ่มสารที่ก่อตัวเป็นสปีชีส์ของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยา ทำให้เกิดมีเทนเพิ่มขึ้นในสิ่งมีชีวิตที่ตรวจสอบ ในทางตรงกันข้าม การเติมสารต้านอนุมูลอิสระและการกำจัดอนุมูลอิสระจะลดการก่อตัวของก๊าซมีเทน ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่อาจควบคุมการก่อตัวของก๊าซมีเทนในสิ่งมีชีวิต การศึกษายังช่วยอธิบายว่าทำไมการผลิตก๊าซมีเทนโดยสิ่งมีชีวิตบางชนิดอาจแตกต่างกันไปตามขนาดต่างๆ และเหตุใดปัจจัยความเครียดจึงส่งผลต่อปริมาณการผลิตเป็นพิเศษ การเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมและอุณหภูมิที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอาจส่งผลต่อระดับความเครียดของสิ่งมีชีวิตหลายชนิด และส่งผลให้มีการปล่อยก๊าซมีเทนในชั้นบรรยากาศ ในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงของปริมาณก๊าซมีเทนในลมหายใจอาจบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงเมแทบอลิซึมของเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับอายุหรือความเครียด