Archaea catalyze iron-dependent anaerobic oxidation of methane

甲烷厌氧氧化 甲烷 铁质 硝酸盐 古细菌 化学 环境化学 生物地球化学循环 无机化学 亚硝酸盐 硫酸盐 生物化学 有机化学 基因
作者
Katharina F. Ettwig,Baoli Zhu,Daan R. Speth,Jan T. Keltjens,Mike S. M. Jetten,Boran Kartal
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:113 (45): 12792-12796 被引量:495
标识
DOI:10.1073/pnas.1609534113
摘要

Anaerobic oxidation of methane (AOM) is crucial for controlling the emission of this potent greenhouse gas to the atmosphere. Nitrite-, nitrate-, and sulfate-dependent methane oxidation is well-documented, but AOM coupled to the reduction of oxidized metals has so far been demonstrated only in environmental samples. Here, using a freshwater enrichment culture, we show that archaea of the order Methanosarcinales, related to "Candidatus Methanoperedens nitroreducens," couple the reduction of environmentally relevant forms of Fe3+ and Mn4+ to the oxidation of methane. We obtained an enrichment culture of these archaea under anaerobic, nitrate-reducing conditions with a continuous supply of methane. Via batch incubations using [13C]methane, we demonstrated that soluble ferric iron (Fe3+, as Fe-citrate) and nanoparticulate forms of Fe3+ and Mn4+ supported methane-oxidizing activity. CO2 and ferrous iron (Fe2+) were produced in stoichiometric amounts. Our study connects the previous finding of iron-dependent AOM to microorganisms detected in numerous habitats worldwide. Consequently, it enables a better understanding of the interaction between the biogeochemical cycles of iron and methane.
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