Kako mikrobi mogu usporiti globalno zagrijavanje

Čini se da napokon postoji lijek koji je, osim što je učinkovit, doista vrlo zanimljiv. Radi se o a mikroba iz reda metanosarcinalesa koji je pronašla grupa istraživača sa Univerziteta RadBoud u Holandiji i Instituta za morsku mikrobiologiju Max Planck iz Bremena u Njemačkoj, koji su pripremili studiju koja je objavljena u Zbornik radova Nacionalne akademije nauka.

Vrlo zanimljivo otkriće koje bi, bez sumnje, moglo predstavljati prije i poslije u borbi protiv posljedica koje bi globalno zagrijavanje moglo donijeti.

Istraživači su već sumnjali da postoji mikrob koji može jesti, ne samo metan, već i željezo, ali do sada ga nisu pronašli. Srećom, otkrili su luk koji koristi željezo za pretvaranje metana u ugljični dioksid. Čineći to, smanjuje količinu željeza dostupnog drugim bakterijama i tako pokreće energetsku kaskadu koja utječe na ciklus željezo-metan i emisije metana. Nadalje, ovo otkriće dio je konteksta tekućih istraživanja o odnos gljivica i globalnog zagrijavanja.

I kao da to nije dovoljno, ove arheje mogu pretvoriti nitrat u amonijum, koji je hrana anamnox bakterija, koje pretvoriti amonijak u azot... Bez upotrebe kiseonika! Ovo je posebno važno za pročišćavanje otpadnih voda, kao što je naglasio Boran Kartal, mikrobiolog sa Instituta Max Planck, koji je dodao:

“Bioreaktor koji sadrži anaerobni metan i mikroorganizme koji oksidiraju amonij može se koristiti za istovremenu pretvorbu amonijaka, metana i oksidiranog dušika u otpadnoj vodi u dušikov plin i ugljični dioksid, koji imaju mnogo manji potencijal globalnog zagrijavanja.”

Iako su znali za postojanje ovih oksidatora metana ovisnih o gvožđu, nisu bili u stanju da ih izoluju. Međutim, uspjeli su ih pronaći u vlastitoj kolekciji uzoraka, a sada se mogu koristiti za suzbijanje globalnog zagrijavanja.

Mikrobi predstavljaju ključni resurs u borbi protiv klimatskih promjena i globalnog zagrijavanja. Sa njegovim sposobnost metabolizma raznih jedinjenja, uključujući gasove staklene bašte, ovi mikroorganizmi se pojavljuju kao bitni saveznici u ublažavanju štetnih emisija.

Ključna uloga mikroba u hvatanju ugljika

Dok ljudi pokušavaju da se bore protiv efekata klimatskih promena, možda je vreme da se okrenemo mikrobima kao našem ključnom rešenju za globalno zagrevanje. Mikrobi su odgovorni za mnoge istorijske promjene životne sredine koje su oblikovale Zemlju. Ovi mali generatori života preživjeli su milijardama godina, a buduća istraživanja mogu sadržavati odgovore koje smo cijelo vrijeme tražili. Osim toga, studija o efekte klimatskih promjena na mikrobe postaje sve relevantnija.

Mikrobi, uključujući bakterije i gljivice, ključni su za održavanje a zdravo tlo i borba protiv klimatskih promjena. Ključni element u ovom kontekstu je sekvestracija ugljika. Mikrobi u tlu su neophodni za sekvestraciju ugljika. Određene bakterije i alge pretvaraju ugljen-dioksid u organsku materiju, koja se zatim skladišti u tlu. Ovo pomaže u uklanjanju viška ugljičnog dioksida iz atmosfere, ublažavajući posljedice globalnog zagrijavanja.

Neki od glavnih mikroba tla uključenih u sekvestraciju ugljika su:

• mikorizne gljive: Ove gljive formiraju uzajamne odnose s korijenjem biljaka, pomažući im da apsorbiraju hranjive tvari i vodu iz tla. Oni takođe igraju ulogu ulogu u sekvestraciji ugljika povećanjem količine ugljika uskladištenog u tlu.
• aktinobakterije: Poznato je da ove bakterije razgrađuju biljnu stelju i drugu organsku materiju, oslobađajući se ugljen-dioksid u procesu. Oni također igraju ulogu u sekvestraciji ugljika tako što proizvode organska jedinjenja koja pomažu u stabilizaciji organske tvari u tlu.
• rizobija: Ove bakterije formiraju simbiotske odnose sa mahunarkama, fiksirajući dušik iz zraka i čineći ga dostupnim biljci. Ovaj proces također pomaže da se poveća količina ugljika pohranjenog u tlu.
• Arbuskularne mikorizne gljive: Ove gljive formiraju simbiotske odnose sa širokim spektrom biljnih vrsta i igraju ključnu ulogu u sekvestraciji ugljika povećavajući količinu ugljika pohranjenog u tlu.
• proteobakterije: Ove bakterije razgrađuju biljnu stelju i druge organske tvari, oslobađajući ugljični dioksid. Međutim, oni takođe mogu igrati ulogu ulogu u sekvestraciji ugljika proizvodnjom spojeva koji pomažu u stabilizaciji organske tvari u tlu.

Mikrobi i ciklus azota

Dušik je ključni nutrijent za rast biljaka, ali mora biti u odgovarajućem obliku kako bi ga biljke koristile. Mikrobi u tlu igraju fundamentalnu ulogu u ciklusu nutrijenata. Oni razgrađuju organske tvari, poput mrtvih biljaka i životinja, i oslobađaju esencijalne hranjive tvari u tlo. Biljke mogu apsorbirati ove hranjive tvari i koristiti ih za svoj rast i razvoj.

Na primjer, bakterije koje fiksiraju dušik, kao npr Rhizobium, pretvaraju atmosferski dušik u oblik koji biljke mogu koristiti, kao što su amonijak ili nitrit. Ovaj proces, nazvan fiksacija dušika, bitan je za rast mnogih biljaka, budući da je dušik kritična komponenta proteina i drugih ćelijskih struktura. Interakcija mikroba sa ciklusom azota je od vitalnog značaja za zdravlje tla i ekosistema.

Ovo su neki od ključnih mikroba uključenih u ciklus azota:

• Bakterije koje fiksiraju dušik: Ove bakterije, kao npr Rhizobia y Azotobacter, može pretvoriti atmosferski dušik u oblik koji biljke mogu koristiti. Ovaj proces, nazvan fiksacija dušika, neophodan je za rast biljaka i zdravlje ekosistema.
• Bakterije koje oksidiraju amonijak: Ove bakterije, kao npr Nitrosomonas y Nitrosococcus, pretvaraju amonijak u nitrit, koji je srednji oblik dušika.
• Bakterije koje oksidiraju nitrite: Ove bakterije, kao npr Nitrobacter, pretvaraju nitrit u nitrat, koji je još jedan srednji oblik dušika.
• Denitrifirajuće bakterije: Ove bakterije, kao npr Pseudomonas y Paracoccus, oni pretvaraju nitrat natrag u plin azota, koji se oslobađa u atmosferu.

Mikrobi i rast biljaka

Mikrobi u tlu igraju osnovnu ulogu u rastu biljaka. Oni razgrađuju organsku materiju, obezbediti hranljive materije, pospješuju razvoj korijena i štite od bolesti. Drugi mikrobi i gljive pomažu u razgradnji složenih organskih molekula, kao što su celuloza i lignin, u jednostavnije spojeve koje biljke mogu koristiti. Ovaj proces, poznat kao razgradnja, vraća različite hranjive tvari u tlo, kao što su ugljik, dušik, fosfor i sumpor. Mikrobi u tlu također proizvode mnoge vitamini i druga jedinjenja koja potiču rast i apsorbuju ih biljke. Na primjer, bakterije u tlu proizvode vitamin B12, koji je neophodan za rast i razvoj biljaka.

Neki mikrobi u tlu, kao što su mikorizne gljive, formiraju simbiotske odnose s korijenjem biljaka. Ove gljive pomažu u poboljšanju upijanje vode i hranjive tvari kroz korijenje biljaka, što pospješuje njihov rast i razvoj. Mikrobi u tlu također mogu pomoći u zaštiti biljaka od bolesti. Na primjer, određene bakterije proizvode antibiotike koji mogu ubiti ili inhibirati rast patogenih mikroba, poput bakterija i gljivica, koji uzrokuju bolesti biljaka. Interakcija između mikroba i biljaka ključni je faktor za poljoprivrednu održivost.

Krug nutrijenata i njegov značaj

Krug nutrijenata pomaže tlu. Osim azota, mikrobi tla pomažu u kruženju drugih hranjivih tvari. esencijalne hranljive materije, kao što su fosfor i kalij, čineći ih dostupnim za rast biljaka. Ovaj proces, poznat kao kruženje nutrijenata, pomaže u održavanju zdravlja i plodnosti tla.

Ovo su neki od ključnih mikroba uključenih u kruženje nutrijenata:

• Razlagači: Ovi mikrobi, poput gljivica i bakterija, razgrađuju mrtvu organsku tvar i recikliraju njene hranjive tvari natrag u tlo.
• Bakterije koje otapaju fosfor: Ove bakterije, kao npr bacil y Pseudomonas, može reciklirati fosfor iz nerastvorljivih izvora, čineći ga dostupnim biljkama i drugim organizmima.
• Bakterije koje oksidiraju sumpor: Ove bakterije, kao npr Thiobacillus y Beggiatoa, igraju ključnu ulogu u ciklusu sumpora oksidacijom jedinjenja sumpora, čineći sumpor dostupnim drugim organizmima u ekosistemu.

Smanjenje zagađenja tla

Mikrobi u tlu mogu smanjiti vaše kontaminacija. Mnogi industrijski procesi i potrošački proizvodi ispuštaju štetne kemikalije u okoliš, zagađujući tlo. Ali neki mikrobi u tlu mogu razgraditi ove zagađivače, pomažući u čišćenju kontaminiranog tla i zaštiti ekosistema. Takođe je važno razmotriti kako zagađenje utiče na prirodne biogeohemijske cikluse.

Kada se otpad razgradi, oslobađa metan, još jedan snažan staklenički plin. Metan je moćan staklenički plin koji doprinosi globalnom zagrijavanju i može negativno utjecati na napore za hvatanje ugljika.

Neki mikrobi, posebno određene vrste arheja i bakterija, uključeni su u proizvodnju metana. Primjer za to su metanogene arheje. Ovi mikrobi su odgovorni za većinu proizvodnje metana u anaerobnim sredinama, kao što su močvare, pirinčana polja i probavni trakt preživara. Oni proizvode metan kao nusproizvod svojih metaboličkih aktivnosti, koje uključuju razgradnju organske tvari. Stoga postaje relevantno istražiti kako zagađenje utiče na Zemljine biogeohemijske cikluse.

Proizvodnja metana od strane ovih mikroba može osloboditi značajne količine plina u atmosferu, što može negativno utjecati na klimu i napore za sekvestraciju ugljika. Međutim, važno je napomenuti da nisu svi mikrobi uključeni u proizvodnju metana štetni. Neki mikrobi, poput onih koji su uključeni u proizvodnju bioplina, mogu se iskoristiti za proizvodnju obnovljive energije uz smanjenje emisija stakleničkih plinova.

Mikrobiom i zdravlje tla

Zdrav mikrobiom tla neophodan je za održavanje zdravlja tla i promoviranje održive poljoprivrede. Mikrobi igraju ključnu ulogu u zdravlju mikrobioma tla na nekoliko načina:

• Razgradnja: Mikrobi, poput gljivica i bakterija, razgrađuju mrtvu organsku tvar i recikliraju njene hranjive tvari natrag u tlo, podržavajući rast biljaka i drugih organizama.
• Krug nutrijenata: Mikrobi igraju ključnu ulogu u kruženju esencijalnih elemenata, kao što su ugljenik, azot, fosfor i sumpor, kroz ekosistem. To pomaže u održavanju ravnoteže hranjivih tvari u tlu i čini ih dostupnim biljkama i drugim organizmima.
• Struktura tla: Mikrobi, kao što su mikorizne gljive, mogu pomoći u poboljšanju strukture tla formiranjem mreže hifa koje međusobno vezuju čestice tla. Ovo može pomoći da poboljšati zadržavanje vode, smanjuju eroziju i poboljšavaju cjelokupno zdravlje tla.
• Suzbijanje bolesti: Mikrobi mogu pomoći u suzbijanju biljnih bolesti natječući se s patogenima za resurse, proizvodeći antibiotike i promovirajući zdrav rast korijena.
• Kontrola štetočina: Mikrobi mogu igrati ulogu u kontroli štetočina tako što proizvode toksine koji su toksični za insekte i druge štetočine i potičući rast biljaka otpornih na štetočine.

Biološka ispitivanja tla su od vitalnog značaja za razumijevanje zdravlja tla i uloge mikrobioma u proizvodnji usjeva. Biome Makers nudi biološku analizu tla pod nazivom BeCrop Test. BeCrop test je praktičan za poljoprivrednike jer ova biološka analiza tla pokazuje blokirane puteve hranljivih materija, mikrobnu raznolikost, odnos između gljivica i bakterija, otkrivanje rizika od bolesti i proizvodnju hormona i prilagođavanje stresu. Sa ovim podacima poljoprivrednici se mogu prijaviti gnojiva ili bioloških proizvoda preciznije dijagnosticirati specifične probleme, štedeći vrijeme i novac i povećavajući prinos i kvalitet.

Mikrobi i bolesti

Na prijenos i širenje patogenih mikroorganizama, njihovu brzinu umnožavanja i opstanak u okolišu uvelike utiču padavine, relativna vlažnost, temperatura, salinitet i vjetar. Klimatske promjene također mogu utjecati na nastanak i širenje zarazne bolesti kako u morskom tako iu kopnenom okruženju. Takođe može uticati na zdravlje ekosistema, aspekt koji zaslužuje pažnju, posebno u kontekstu efekte globalnog zagrijavanja na zdravlje.

Na primjer, postoji veza između porasta temperature površine mora i bolesti koralja: zagrijavanje oceana može promijeniti mikrobiotu koralja, doprinoseći nastanku određenih bolesti. Zakiseljavanje okeana može uzrokovati oštećenje tkiva kod riba, oslabiti njihov imunološki sistem i podstaći invaziju patogenih bakterija. Nešto slično se dešava sa vodozemcima kada temperatura poraste. Na kopnenom nivou, mnogi patogeni biljaka i usjeva su osjetljivi na promjene temperature i pod utjecajem klime.

Povećana rezistencija na antibiotike među nekim ljudskim patogenima također je povezana s klimatskim promjenama. Pretpostavlja se da povećanje temperature može pogodovati horizontalnom prijenosu gena otpornosti i povećanju brzine rasta patogena. Patogeni koji se prenose vektorima, kao što su komarci i krpelji, a koji se prenose hranom, zrakom ili vodom mogu biti posebno osjetljivi na efekte klimatskih promjena.

Inovacije u mikrobnoj biotehnologiji

Mikrobna biotehnologija može pružiti inovativna rješenja za održiviji razvoj. Istraživanja su u toku kako bi se genetski manipulisalo mikroorganizmima kako bi se povećala njihova sposobnost smanjenja N.₂O do N₂ atmosferski, kako bi se neutralisale emisije ovog gasa; Manipulirajte mikrobiotom buraga kako biste smanjili proizvodnju CH₄; koristiti mikroorganizme za proizvodnju biogoriva i smanjiti upotrebu fosilnih goriva; ili nedavna transformacija bakterije da konzumira CO₂.

Nema sumnje da klimatske promjene mogu utjecati na brzinu kojom mikrobi transformiraju dušik i druge biogeohemijske cikluse. Stoga je ključno razumjeti utjecaj mikroorganizama na ekosisteme i kako na njih, zauzvrat, utječu klimatske promjene.

Tokom godina istraživanja su pokazala da su ovi mikroorganizmi neophodni ne samo za zdravlje tla i poljoprivredu, već i za globalno zdravlje planete, koji djeluju kao regulatori klime i funkcioniraju kao prirodni filteri za stakleničke plinove.