鉄マタノ湖のメタンサイクル

世界最大の既知の鉄入り盆地であるインドネシアのマタノ湖では、湖の堆積物のFe（水）酸化物の存在量が多いにもかかわらず、メタン生成によって50％以上の成虫性有機物が分解されます。生体は、無酸素底水に高濃度（最大1.4 mmolL⁻¹）に蓄積し、合計7.4×10×10トンのCh₄を含みます。溶解した無機炭素（σco₂）および炭素同位体（Δ¹³c）のプロファイルは、Ch₄が持続性のPycnoclineの近くで酸化され、このCh₄の一部が嫌気性に酸化される可能性が高いことを示しています。マタノ湖の水域におけるno₃⁻とso₄²⁻の不足は、嫌気性メタン酸化がFe（および/またはmn）（水）酸化物の減少に結合される可能性があることを示唆しています。熱力学的考慮事項は、Fe（III）またはMn（III/IV）の減少に結合されたCh₄酸化により、Matano湖に存在する基質レベルで微生物の成長をサポートするのに十分な自由エネルギーが得られることが明らかになりました。フラックスの計算は、Ch₄の上向きフラックスのバランスをとるために、水柱内でFeおよびMnを何度かリサイクルする必要があることを意味します。16S遺伝子クローニングは、無酸素水柱のメタノゲンを同定し、これらのメタン生成は酢酸砕屑性および水素栄養性メタン生成の両方が可能なグループに属します。この非常に豊富な環境であっても、メタンはCサイクリングで重要であることがわかります。このような魚の豊富な環境は今日地球上ではまれですが、それらは、大部分の大部分で勝つと考えられている鉄の海洋の条件に類似しています。類推により、メタン生成物とメタノトロピスは、Archean Ocean Ecosystemの重要な部分を形成した可能性があります。

In Lake Matano, Indonesia, the world's largest known ferruginous basin, more than 50% of authigenic organic matter is degraded through methanogenesis, despite high abundances of Fe (hydr)oxides in the lake sediments. Biogenic CH₄ accumulates to high concentrations (up to 1.4 mmol L⁻¹) in the anoxic bottom waters, which contain a total of 7.4 × 10⁵ tons of CH₄. Profiles of dissolved inorganic carbon (ΣCO₂) and carbon isotopes (δ¹³C) show that CH₄ is oxidized in the vicinity of the persistent pycnocline and that some of this CH₄ is likely oxidized anaerobically. The dearth of NO₃⁻ and SO₄²⁻ in Lake Matano waters suggests that anaerobic methane oxidation may be coupled to the reduction of Fe (and/or Mn) (hydr)oxides. Thermodynamic considerations reveal that CH₄ oxidation coupled to Fe(III) or Mn(III/IV) reduction would yield sufficient free energy to support microbial growth at the substrate levels present in Lake Matano. Flux calculations imply that Fe and Mn must be recycled several times directly within the water column to balance the upward flux of CH₄. 16S gene cloning identified methanogens in the anoxic water column, and these methanogens belong to groups capable of both acetoclastic and hydrogenotrophic methanogenesis. We find that methane is important in C cycling, even in this very Fe-rich environment. Such Fe-rich environments are rare on Earth today, but they are analogous to conditions in the ferruginous oceans thought to prevail during much of the Archean Eon. By analogy, methanogens and methanotrophs could have formed an important part of the Archean Ocean ecosystem.