Methanogene: Der gute Freund des Menschen

An einem sonnigen Nachmittag nahm der Herausgeber die Kinder mit zu einem Bauernhof in den nahegelegenen Bergen. Die wunderschöne Landschaft, die urige Atmosphäre, die köstlichen Mahlzeiten und das gelegentliche Quaken, Gurren und Muhen von Enten, Hühnern, Kühen und anderem Vieh schufen ein dreidimensionales Bild, das das Publikum faszinierte. Vater und Tochter waren in diesem Moment so glücklich.

Plötzlich runzelte meine Tochter die Stirn und sagte zu mir: „Was ist das für ein stinkender Geruch?“ Der Redakteur schaute sich um und antwortete: „Es handelt sich um Kot und Urin der Tiere der Bauern.“ Meine Tochter fuhr fort: „Es stinkt so furchtbar. Wenn man es dort aufstapelt, wird es die Landschaft ruinieren und die Umwelt verschmutzen.“ Der Herausgeber antwortete: „Ja, tatsächlich ist dies zusätzlich zu dem, was Sie gesagt haben, auch eine Verschwendung von Ressourcen. Schließlich können diese Fäkalien als organischer Dünger verwendet werden…“

Methanmolekül

Tatsächlich können mit bestimmten Technologien und Maßnahmen nicht nur die Fäkalien verdaut werden, sondern der Prozess kann auch Methan (ein hochwertiger Energiebrennstoff) produzieren. Der Prozess, organische Abfälle in wertvolle Stoffe zu verwandeln, ist wirklich reizvoll, aber wie viele Menschen wissen, dass die Hauptursache Mikroorganismen sind, die mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind? Als nächstes wird sich der Herausgeber auf Methanogene konzentrieren und hofft, dass die Leser diese verstehen können.

1. Was sind Methanogene?

Methanogene sind eigentlich ein allgemeiner Begriff, der sich auf Archaeen bezieht, die organische oder anorganische Verbindungen in Kohlendioxid und Methan umwandeln können. Methanogene sind extrem weit verbreitet und kommen in fast jeder Umgebung vor, die von Sauerstoff isoliert ist. Beispielsweise Sedimente vom Gewässer- (Meeres-)Boden, Feuchtgebietsböden, Pflanzenkörper und Verdauungstrakte von Tieren.

Methanogene

Methanogene sind streng anaerobe Prokaryoten (sie können in Gegenwart von Sauerstoff nicht wachsen und sich vermehren und können sogar sterben). Sie sind eine Art Umweltmikroorganismus mit wichtigen Funktionen und Bedeutung und stehen in engem Zusammenhang mit dem natürlichen Kohlenstoffkreislauf (einer Reihe wechselseitiger Umwandlungsprozesse organischer und anorganischer kohlenstoffhaltiger Verbindungen unter biologischer und nicht-biologischer Einwirkung).

Aufgrund der begrenzten Forschungsmethoden ist das Wissen über Methanogene weniger als 170 Jahre alt. Nach der Erfindung der strikten anaeroben Betriebstechnologie (die repräsentativste davon ist die Hungate-Anaerobic-Roller-Tube-Technologie, die 1950 vom amerikanischen Mikrobiologen Hungate erfunden wurde) erlebte die Forschung zu diesem Thema jedoch einen explosionsartigen Aufschwung und ist heute ein wohlverdienter Forschungsschwerpunkt.

Methanosarcina barkeri und Methanobacterium formicium waren die ersten von Forschern isolierten Methanogene. Später wurden mit der Verbesserung der anaeroben Trenntechnologie und der kontinuierlichen Aktualisierung der Analyse- und Identifizierungsmethoden immer mehr neue Methanogene entdeckt. Die vollständige Genomsequenzierung von mehr als fünf Methanogentypen ist abgeschlossen und man hat ein tieferes Verständnis ihrer Zellstruktur, Stoffwechselwege und geeigneten Umgebung gewonnen.

2. Eigenschaften von Methanogenen

1. Langsames Wachstum

Die Zellwandstrukturen und -komponenten verschiedener Methanogentypen variieren; einige sind grampositive Bakterien, andere gramnegative Bakterien. Ihr gemeinsames Merkmal ist jedoch, dass sie – abgesehen davon, dass sie streng anaerob sind – extrem langsam wachsen und sich vermehren.

Es ist keine Übertreibung, ihre Wachstumsgeschwindigkeit als „Schildkrötengeschwindigkeit“ oder sogar als viel langsamer zu beschreiben. Andere Arten von Mikroorganismen können eine Generation in nur zwölf Minuten oder sogar nur wenigen Tagen reproduzieren, Methanogene benötigen jedoch mehr als zehn Tage oder sogar Dutzende von Tagen. Dabei handele es sich um das „hervorragende Ergebnis“, das unter künstlichen Anbaubedingungen erzielt wurde. Wenn wir zu den natürlichen Bedingungen zurückkehren, wird sich dieser Zeitpunkt weiter verzögern.

2. Mäkeliges Essen

Methanogene Bakterienkolonien (mit bloßem Auge sichtbare Zellgemeinschaften, die aus einer einzelnen Zelle oder einer Gruppe von Zellen der gleichen Art auf der Oberfläche oder in einem festen Kulturmedium bestehen) sind in der mikrobiellen Welt bekanntermaßen winzig, und wenn man nicht genau hinschaut, kann man sie tatsächlich übersehen. Der Grund für das langsame Wachstum der Methanogene hängt eng mit ihren „wählerischen Essgewohnheiten“ zusammen.

Die „Nahrung“, die Methanogene am liebsten mögen, sind meist einfache Substanzen wie Wasserstoff, Kohlendioxid, Ameisensäure und Essigsäure. Doch wo finden wir in der Natur genügend einfache organische Stoffe, um ihnen ausreichend Nahrung und Wasser zu geben? Wissen Sie, die meisten organischen Stoffe in der natürlichen Umwelt sind relativ komplex. Methanogene können nur hoffen, dass andere Mikroorganismen wachsen und sich vermehren und dann komplexe organische Stoffe in einfache organische Stoffe zerlegen, um sich selbst zu ernähren. Leider ist es wirklich frustrierend, wenn man zuerst zusehen muss, wie andere das Festmahl genießen, und sie dann „plagiiert“, nachdem sie satt gegessen und getrunken haben.

3. Freund der Menschheit und Helfer der Natur

Der Grund, warum Methanogene organische Stoffe im Müll in Methan umwandeln können, liegt darin, dass sie durch Stoffwechsel den Kohlenstoff in den organischen Stoffen mit Wasserstoff in der Umwelt kombinieren können. Derzeit gibt es drei anerkannte Hauptwege der mikrobiellen Methansynthese, nämlich den Syntheseweg mit Essigsäure (Salz) als Substrat, Wasserstoff und Kohlendioxid als Substrate sowie Methylverbindungen als Substrate. Dabei entsteht auf dem ersten Syntheseweg die größte Menge Methan (mehr als 60 % des in der Natur produzierten Methans), gefolgt vom zweiten Weg.

Gerade aufgrund dieser Funktion der Methanogene kommt es in der Umwelt nicht zu einer Anreicherung saurer Stoffe in großen Mengen. Andernfalls steigt der Säuregehalt in der Umwelt, wenn so viele andere Arten von Mikroorganismen komplexe organische Stoffe zersetzen, und wenn dieser einen bestimmten Wert erreicht, kann sogar unser schöner Planet Erde korrodieren.

Abschließend ist es wichtig zu betonen, dass Methanogenese auch im Darm von Menschen und Tieren stattfindet. Obwohl die Methanogenese für die menschliche Verdauung nicht erforderlich ist, sind Methanogene für Rinder und Schafe von entscheidender Bedeutung, da sie Zellulose im Futter in Nährstoffe umwandeln, die von Rindern und Schafen aufgenommen werden können.

Die winzigen Methanogene sind sehr nützlich und unzertrennliche Freunde von Mensch, Tier und Natur.

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