Metan är en stark växthusgas som spelar en nyckelroll i jordens klimat. Varje gång vi använder naturgas, oavsett om vi tänder vår köksspis eller grillar, vi använder metan.

Endast tre källor på jorden producerar metan naturligt:​​vulkaner, interaktioner mellan vatten och berg under ytan, och mikrober. Mellan dessa tre källor, det mesta genereras av mikrober, som har deponerat hundratals gigaton metan på den djupa havsbotten. På havsbotten sipprar metan, den sipprar uppåt mot det öppna havet, och mikrobiella samhällen konsumerar majoriteten av denna metan innan den når atmosfären. Över åren, forskare hittar mer och mer metan under havsbotten, ändå lämnar väldigt lite haven någonsin och kommer in i atmosfären. Vart tar resten vägen?

Ett team av forskare ledda av Jeffrey J. Marlow, tidigare postdoktor i organisk och evolutionsbiologi vid Harvard University, upptäckte mikrobiella samhällen som snabbt konsumerar metan, förhindrar dess flykt in i jordens atmosfär. Studien publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences samlade in och undersökte metanätande mikrober från sju geologiskt olika havsbottensläckningar och fann, högst överraskande, att karbonatstenarna från en plats i synnerhet är värd för metanoxiderande mikrobiella samhällen med den högsta metankonsumtionen som hittills uppmätts.

"Mikroberna i dessa karbonatstenar fungerar som ett biofilter av metan som förbrukar allt innan det lämnar havet, " sa seniorförfattaren Peter Girguis, Professor i organisk och evolutionsbiologi, Harvard Universitet. Forskare har studerat mikrober som lever i havsbottensediment i årtionden och vet att dessa mikrober konsumerar metan. Den här studien, dock, undersökt mikrober som trivs i karbonatstenarna i detalj.

Havsbottenkarbonatstenar är vanliga, men på utvalda platser, de bildar ovanliga skorstensliknande strukturer. Dessa skorstenar når 12 till 60 tum i höjd och finns i grupper längs havsbotten som liknar ett trädbestånd. Till skillnad från många andra typer av stenar, dessa karbonatstenar är porösa, skapa kanaler som är hem för en mycket tät gemenskap av metankonsumerande mikrober. I vissa fall, dessa mikrober finns i mycket högre tätheter i bergarterna än i sedimentet.

Under en expedition 2015 finansierad av Ocean Exploration Trust, Girguis upptäckte ett karbonatskorstensrev utanför södra Kaliforniens kust vid djuphavsplatsen Point Dume. Girguis återvände 2017 med finansiering från NASA för att bygga ett havsbottenobservatorium. När han gick med i Girguis labb, Marlow, för närvarande biträdande professor i biologi vid Boston University, studerade mikrober i karbonater. De två bestämde sig för att genomföra en samhällsstudie och samla in prover från platsen.

"Vi mätte hastigheten med vilken mikroberna från karbonaterna äter metan jämfört med mikrober i sediment, ", sade Girguis. "Vi upptäckte att mikroberna som bor i karbonaterna konsumerar metan 50 gånger snabbare än mikrober i sedimentet. Vi ser ofta att vissa sedimentmikrober från metanrika lervulkaner, till exempel, kan vara fem till tio gånger snabbare på att äta metan, men 50 gånger snabbare är en helt ny sak. Dessutom, dessa priser är bland de högsta, om inte den högsta, vi har mätt var som helst."

"Dessa hastigheter av metanoxidation, eller konsumtion, är verkligen extraordinära, och vi försökte förstå varför, sa Marlow.

Teamet fann att karbonatskorstenen skapar ett idealiskt hem för mikroberna att äta mycket metan riktigt snabbt. "Dessa skorstenar existerar eftersom en del metan i vätska som strömmar ut från underytan omvandlas av mikroberna till bikarbonat, som sedan kan falla ut ur havsvattnet som karbonatsten, sade Marlow. "Vi försöker fortfarande ta reda på var den vätskan - och dess metan - kommer ifrån."

Mikromiljöerna i karbonaterna kan innehålla mer metan än sedimentet på grund av dess porösa natur. Karbonater har kanaler som ständigt bevattnar mikroberna med färsk metan och andra näringsämnen som gör att de kan konsumera metan snabbare. I sediment, tillförseln av metan är ofta begränsad eftersom den diffunderar genom mindre, slingrande kanaler mellan mineralkorn.

Ett häpnadsväckande fynd var att i vissa fall, dessa mikrober är omgivna av pyrit, som är elektriskt ledande. En möjlig förklaring till den höga metanförbrukningen är att pyriten tillhandahåller en elektrisk ledning som för elektroner fram och tillbaka, vilket gör att mikroberna kan ha högre ämnesomsättning och konsumera metan snabbt.

"Dessa mycket höga hastigheter underlättas av dessa karbonater som ger en ram för mikroberna att växa, ", sa Girguis. "Systemet liknar en marknadsplats där karbonater tillåter ett gäng mikrober att aggregera på ett ställe och växa och utbyta – i det här fallet, utbyta elektroner - vilket möjliggör mer metankonsumtion."

Marlow höll med, "När mikrober arbetar tillsammans byter de antingen ut byggstenar som kol eller kväve, eller så byter de energi. Och ett sätt att göra det är genom elektroner, som en energivaluta. Pyriten som är insprängd genom dessa karbonatstenar kan hjälpa elektronutbytet att ske snabbare och bredare."

I labbet, forskarna placerade de insamlade karbonaterna i högtrycksreaktorer och återskapade förhållanden på havsbotten. De gav dem isotopiskt märkt metan med tillsatt kol-14 eller deuterium (väte-2) för att spåra metanproduktion och -konsumtion. Teamet jämförde sedan data från Point Dume med ytterligare sex webbplatser, från Mexikanska golfen till New Englands kust. På alla platser, karbonatstenar vid metan sipprar innehöll metanätande mikrober.

"Närnäst planerar vi att reda ut hur var och en av dessa olika delar av karbonaterna - strukturen, elektrisk konduktivitet, vätskeflöde, och tät mikrobiell gemenskap – gör detta möjligt. Från och med nu, vi vet inte det exakta bidraget från var och en, sa Girguis.

"Först, vi måste förstå hur dessa mikrober upprätthåller sin ämnesomsättning, oavsett om de är i en skorsten eller i sedimentet. Och vi behöver veta detta i vår föränderliga värld för att bygga upp vår prediktiva kraft, ", sa Marlow. "När vi har klargjort hur dessa många sammankopplade faktorer samverkar för att förvandla metan till sten, vi kan sedan fråga hur vi kan tillämpa dessa anaeroba metanätande mikrober i andra situationer, som deponier med metanläckor."