Роль микроорганизмов в биогеохимическом круговорота углерода: комплексный анализ и перспективы регулирования

На Земле ежегодно в биосферный цикл вовлекается до 50 миллиардов тонн углерода, и этот колоссальный поток находится под неусыпным контролем невидимых агентов — микроорганизмов. Их крошечные размеры обманчивы, ведь именно эти незримые труженики являются ключевыми медиаторами биогеохимического круговорота углерода — фундаментального процесса, который лежит в основе всего живого на нашей планете. От дыхания каждой клетки до глобальных климатических изменений, углерод находится в постоянном движении, переходя из одной формы в другую, и в центре этого круговорота всегда стоят микробы.

Круговорот углерода, охватывающий атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу, представляет собой сложную систему взаимодействия живых организмов и неживой природы. Он обеспечивает постоянный обмен углерода между этими резервуарами, поддерживая стабильность климата и условия, необходимые для существования жизни. Без активного участия микроорганизмов этот цикл был бы разорван, а Земля превратилась бы в безжизненную планету, погребенную под мертвой органикой. И что из этого следует? Становится очевидным, что сохранение микробного разнообразия и функциональной активности микроорганизмов — это не просто научный интерес, а критически важная задача для поддержания всей экосистемы Земли.

В данном реферате мы предпримем глубокое погружение в мир микроорганизмов, чтобы всесторонне раскрыть их незаменимую роль в глобальном углеродном цикле. Мы проанализируем ключевые метаболические пути, посредством которых микробы трансформируют углерод, изучим их экологические роли в различных экосистемах, дадим количественную оценку их вклада в глобальные потоки углерода. Особое внимание будет уделено влиянию антропогенных факторов на микробные сообщества, а также современным методам исследования, позволяющим разгадывать тайны микромира. Наконец, мы рассмотрим перспективные стратегии использования микробных биотехнологий для регулирования углеродного цикла и смягчения последствий изменения климата, предлагая не просто академический обзор, но и взгляд в будущее устойчивого развития.

Общие принципы биогеохимического круговорота углерода и микробное разнообразие

Биогеохимия, как раздел геохимии, изучает не только химический состав живого вещества, но и те геохимические процессы, которые происходят в биосфере Земли при активном участии живых организмов. В центре внимания биогеохимии находится круговорот углерода — непрерывный, сложный, циклический процесс движения этого элемента, где каждый его этап неразрывно связан с жизнедеятельностью микроорганизмов. Именно они обеспечивают ключевые трансформации, переводя углерод из органических форм в неорганические и обратно, контролируя тем самым жизнеспособность планеты.

Ключевыми терминами в этом контексте являются «минерализация» и «секвестрация». Минерализация органического вещества — это процесс распада сложных органических соединений до простых неорганических, таких как углекислый газ (CO₂) , вода и простейшие соли. Этот процесс, в подавляющем большинстве случаев, осуществляется благодаря деятельности микроорганизмов-редуцентов, которые, перерабатывая мертвую органику, возвращают углерод в атмосферу и гидросферу. Секвестрация углерода, напротив, представляет собой процесс поглощения и долгосрочного хранения CO₂ из атмосферы, что является критически важным для смягчения парникового эффекта. И здесь микроорганизмы также играют далеко не последнюю роль, способствуя формированию долгосрочных углеродных депо в почвах и океанах.

По отношению к углероду все живые организмы традиционно делятся на две обширные группы:

• Автотрофы: Это организмы, способные синтезировать органические соединения из неорганического углекислого газа (CO₂). Они являются первичными продуцентами, образующими основу пищевых цепей.
  • Фотоавтотрофы: Используют энергию солнечного света для фиксации CO₂. К ним относятся зеленые растения, водоросли и ряд микроорганизмов, таких как цианобактерии, пурпурные и зеленые бактерии.
  • Хемоавтотрофы: Получают энергию для синтеза органики путем окисления различных неорганических соединений (например, аммиака, сероводорода, ионов железа). Примерами служат железобактерии, серобактерии и нитрифицирующие бактерии.
• Гетеротрофы: Эти организмы не способны синтезировать органические соединения из CO₂ и вынуждены использовать готовое органическое вещество, производимое автотрофами.
  • Сапрофиты: Основная масса почвенных и водных микроорганизмов, перерабатывающих мертвый органический материал. Они играют главную роль в минерализации.
  • Паразиты: Получают питательные вещества от живых организмов-хозяев.

Масштабы углеродного круговорота поистине грандиозны. Как уже упоминалось, ежегодно в биосферный цикл вовлекается до 50 миллиардов тонн углерода. В атмосфере углерод присутствует преимущественно в форме CO₂ (около 0,04%) и метана (CH₄, около 0,00012%). При этом, почти 60% ежегодных выбросов CO₂ в атмосферу приходится на выделение из почвы, что в значительной степени обусловлено неустанной деятельностью почвенных микроорганизмов. Гетеротрофные микроорганизмы в почве ответственны примерно за 70% всех выбросов CO₂ из этого резервуара.

Микроорганизмы являются не просто участниками, а дирижерами сложного оркестра биогеохимических циклов. Они контролируют потоки не только углерода, но и азота, фосфора, серы и других элементов в биосфере. Помимо минерализации органического вещества, они осуществляют иммобилизацию элементов, включая углерод, в своей микробной биомассе. Микробные пулы углерода и азота являются важными индикаторами биогеохимических циклов, отражая текущую активность и запасы питательных веществ. Например, микробиологическая азотфиксация, осуществляемая бактериями, ежегодно пополняет почву планеты примерно на 180 миллионов тонн азота, что сопоставимо по значимости с фотосинтезом для углеродного цикла. До двух третей необходимого азота сельскохозяйственные растения получают именно из этого микробно-созданного резерва. Таким образом, микроорганизмы не просто участвуют, они определяют динамику и устойчивость глобального круговорота углерода.

Ключевые метаболические пути трансформации углерода микроорганизмами

Микроорганизмы — это химические фабрики планеты, способные осуществлять невероятное разнообразие биохимических превращений углерода. Эти процессы лежат в основе глобальных потоков этого элемента и имеют критическое значение для поддержания жизни. Рассмотрим наиболее важные из них.

Фотосинтез

Фотосинтез — это краеугольный камень жизни на Земле, процесс, который обеспечивает переход углерода из окисленной неорганической формы (CO₂) в восстановленную органическую. Благодаря ему солнечная энергия преобразуется в химическую энергию органических соединений.

К фотоавтотрофам относятся не только растения и водоросли, но и целый ряд микроорганизмов: цианобактерии, пурпурные и зеленые бактерии. Важно различать два основных типа фотосинтеза:

• Оксигенный фотосинтез: Характерен для растений и цианобактерий. В этом процессе вода (H₂O) служит донором электронов, и в результате реакции выделяется молекулярный кислород (O₂).
• Аноксигенный фотосинтез: Осуществляется пурпурными и зелеными бактериями в анаэробных условиях. Эти микроорганизмы используют другие неорганические соединения (например, сероводород H₂S или органические кислоты) в качестве доноров электронов, поэтому кислород при этом не выделяется.

Основным путем фиксации CO₂ у большинства автотрофов является восстановительный пентозофосфатный цикл, более известный как цикл Кальвина (или цикл Кальвина-Бенсона-Бассама). Ключевым ферментом этого цикла является рибулозобисфосфат-карбоксилаза/оксигеназа (РуБисКО). Именно этот фермент катализирует начальный и самый важный этап фиксации — присоединение CO₂ к пятиуглеродному сахару рибулозо-1,5-бисфосфату, образуя две молекулы 3-фосфоглицерата. Помимо РуБисКО, в цикле Кальвина задействован целый ряд других ферментов, обеспечивающих регенерацию рибулозо-1,5-бисфосфата и синтез глюкозы, включая 3-фосфоглицераткиназу, глицеральдегид-1,3-фосфатдегидрогеназу, фруктозо-1,6-бисфосфатазу и транскетолазу.

Хемосинтез

Наряду с фотосинтезом, хемосинтез представляет собой другой, не менее удивительный способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO₂ служат реакции окисления неорганических соединений. Это явление было открыто в 1887 году великим русским ученым С.Н. Виноградским.

К хемоавтотрофным бактериям относятся:

• Железобактерии (например, Geobacter, Gallionella), окисляющие двухвалентное железо (Fe²⁺) до трехвалентного (Fe³⁺).
• Серобактерии (например, Desulfuromonas, Beggiatoa), окисляющие сероводород (H₂S) до молекулярной серы или солей серной кислоты.
• Нитрифицирующие бактерии (например, Nitrobacteraceae, Nitrosomonas), последовательно окисляющие аммиак (NH₃) до нитритов (NO₂⁻) и нитратов (NO₃⁻).
• Водородные бактерии, окисляющие молекулярный водород (H₂).

Все эти микроорганизмы используют энергию, высвобождающуюся при окислении неорганических субстратов, для синтеза АТФ и восстановления НАДН/НАДФН, которые затем используются для ассимиляции углекислоты. Основной путь ассимиляции CO₂ у хемоавтотрофов также чаще всего происходит через цикл Кальвина.

Метаногенез

Метаногенез — это строго анаэробный процесс образования метана (CH₄), осуществляемый особой группой архей, известных как метаногены. Этот процесс сопряжен с получением энергии и является одним из последних звеньев анаэробной пищевой цепи, особенно в богатых органикой, бескислородных средах, таких как болота, донные отложения, рубцы жвачных животных и анаэробные реакторы.

Выделяют три основных типа метаногенеза:

1. Автотрофный метаногенез: Восстановление одноуглеродных соединений (например, CO₂) с использованием водорода (H₂).
   • Суммарная реакция: CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2 H₂O (ΔG°’ = -135 кДж/моль CH₄).
2. Метилотрофный метаногенез: Диспропорционирование (одновременное окисление и восстановление) одноуглеродных соединений, таких как метанол или метиламины.
3. Ацетокластический метаногенез: Декарбоксилирование ацетата (CH₃COOH) с образованием метана и CO₂.

Метаногенез имеет колоссальное значение в природе, являясь основным естественным источником метана в земной атмосфере. Природные водно-болотные угодья, где происходит интенсивное анаэробное разложение органического вещества, являются крупнейшим естественным источником этого парникового газа. Ежегодно около 40% глобальных выбросов метана, что составляет примерно 230 миллионов тонн, обусловлены именно естественными природными процессами, включая метаногенез. Понимание этого процесса критически важно для оценки и прогнозирования изменения климата.

Метанотрофия

Если метаногенез ответственен за производство метана, то метанотрофия — это процесс его потребления. Метанотрофные бактерии — это специализированная группа метилотрофов, способная использовать метан (CH₄) как единственный источник углерода и энергии. Эти микроорганизмы играют роль естественного биологического фильтра, значительно снижая потоки CH₄ из природных и антропогенных местообитаний в атмосферу.

К метанотрофам относятся бактерии родов Methylomonas, Methylotrophus, Methylococcus, Methylosinus. Их активность имеет глобальное значение: окисление метана с «высоким сродством» (то есть при низких концентрациях метана) ответственно за 10% от общего глобального поглощения CH₄. Потенциальная метанокисляющая способность почвенного слоя до 0,5 метра может достигать около 150 тонн метана на гектар в год, что подчеркивает их критическую роль в регулировании атмосферного метана.

Окисление метана происходит в несколько стадий, катализируемых специфическими ферментами:

1. Метанмонооксигеназа (ММО): Ключевой и уникальный фермент аэробных метанотрофов, катализирующий превращение метана в метанол.
2. Метанолдегидрогеназа: Окисляет метанол до формальдегида.
3. Формальдегиддегидрогеназа: Окисляет формальдегид до формиата.
4. Формиатдегидрогеназа: Окисляет формиат до CO₂.

Долгие годы метанотрофия считалась строго аэробным процессом, но современные исследования показали существование и анаэробного окисления метана, осуществляемого сообществами архей и сульфатредуцирующих бактерий, что расширяет наше понимание глобального цикла метана.

Редуктивный ацетогенез (путь Вуда-Льюнгдаля)

Редуктивный ацетогенез, или путь Вуда-Льюнгдаля, представляет собой еще один важный анаэробный метаболический путь, в котором две молекулы CO₂ восстанавливаются и конденсируются до одной молекулы ацетил-КоА. Ацетил-КоА является центральным промежуточным продуктом анаболизма и предшественником для синтеза всех клеточных компонентов у ацетогенных бактерий.

Суммарная реакция автотрофного синтеза ацетата выглядит так:

2 CO₂ + 4 H₂ → CH₃COOH + 2 H₂O (ΔG°’ = -95 кДж/моль).

Ацетогенные бактерии, такие как Clostridium aceticum, Moorella thermoacetica и Acetobacterium woodii, являются строгими анаэробами и способны автотрофно синтезировать ацетат из CO₂ и водорода. Этот путь играет важную роль в анаэробных экосистемах, способствуя утилизации углекислого газа и производству уксусной кислоты, которая затем может быть использована другими микроорганизмами.

Цикл Кребса (Цикл трикарбоновых кислот, ЦТК)

Цикл Кребса, также известный как цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), является центральной частью общего пути катаболизма у большинства аэробных организмов, включая микроорганизмы. В ходе этого циклического биохимического процесса ацетильные остатки (полученные из углеводов, жиров и белков) окисляются до CO₂, при этом выделяется энергия в виде АТФ и восстанавливающих эквивалентов (НАДН и ФАДН₂).

ЦТК является ключевым этапом дыхания всех клеток, использующих кислород, и служит важным источником предшественников для биосинтеза макромолекул (аминокислот, нуклеотидов, порфиринов). Ферменты ЦТК у микроорганизмов обычно располагаются в цитоплазматической мембране. За один оборот цикла образуется 2 молекулы CO₂, 3 НАДН, 1 ФАДН₂ и 1 ГТФ (или АТФ).

Интересно отметить, что существует и обратный цикл Кребса (цикл Арнона), который используется некоторыми анаэробными бактериями (например, зелеными серобактериями) и археями для синтеза органических соединений из CO₂ и воды, представляя собой анаболический путь фиксации углерода.

Деградация сложных органических соединений микроорганизмами

После того как углерод был зафиксирован автотрофами и прошел через пищевые цепи, его возвращение в неорганическую форму обеспечивают гетеротрофные микроорганизмы, которые разлагают сложные органические соединения. Эти соединения, такие как целлюлоза, ксиланы (гемицеллюлозы), пектины, крахмал и лигнин, составляют значительную долю растительных остатков, поступающих в почву и водные экосистемы. Без эффективной работы микроорганизмов планета была бы погребена под слоем неразложившейся органики. Деградация этих полимеров требует наличия специализированных гидролитических ферментов, которые микроорганизмы часто выделяют внеклеточно.

Деградация целлюлозы

Целлюлоза (C₆H₁₀O₅)_n — это самый распространенный полисахарид в растительном мире, составляющий до 50% всего органического углерода биосферы. Разложение целлюлозы, таким образом, является одним из важнейших процессов в минерализации и глобальном круговороте углерода.

Целлюлозолитические микроорганизмы широко распространены и включают различные группы бактерий, грибов и простейших.

• В аэробных условиях целлюлозу активно разлагают:
  • Бактерии родов Cytophaga, Cellvibrio, Cellulomonas, Pseudomonas, Bacillus, Pectobacterium, Erwinia.
  • Актиномицеты, такие как Streptomyces и Thermomonospora.
  • Грибы родов Chaetomium, Trichoderma, Botrytis, Alternaria, Aspergillus, Fusarium.

  Ферментная система, ответственная за разложение целлюлозы до глюкозы, называется целлюлазным комплексом. Он обычно включает три основных типа ферментов, действующих синергетически:

  1. Эндо-β-1,4-глюканазы: Разрывают случайные внутренние β-1,4-гликозидные связи в целлюлозной цепи, создавая новые концы.
  2. Экзо-β-1,4-глюканазы: Отщепляют дисахарид целлобиозу с концов целлюлозной цепи.
  3. β-глюкозидазы: Гидролизуют целлобиозу до мономеров глюкозы.

  При аэробном разложении глюкоза далее окисляется в основном до CO₂ и H₂O в процессе клеточного дыхания.

• В анаэробных условиях целлюлозу расщепляют бактерии родов Clostridium, Bacteroides, Butyrivibrio, Fibrobacter, Thermoanaerobacter, Ruminococcus. Продуктами анаэробного разложения целлюлозы (брожения) являются различные органические кислоты (этанол, уксусная, муравьиная, молочная и масляная кислоты), водород (H₂), CO₂ и вода. Эти продукты могут быть далее и��пользованы другими анаэробными микроорганизмами, например, метаногенами.

Деградация лигнина

Лигнин — это сложный ароматический полимер, второй по распространенности после целлюлозы компонент растительных клеточных стенок. Он придает растениям жесткость и прочность. Из-за своей сложной и пространственно сшитой структуры лигнин значительно более устойчив к воздействию микроорганизмов и разлагается гораздо медленнее, чем целлюлоза и гемицеллюлоза.

• В аэробном разложении лигнина участвуют преимущественно высшие грибы, особенно представители Basidiomycetes (например, роды Clavaria, Armillariella, Fomes, Polystictus, Polyporus, Ustilina). Эти грибы известны как возбудители «белой гнили», поскольку они способны разрушать лигнин, оставляя светлую целлюлозу. Грибы, вызывающие «бурую гниль», напротив, разрушают целлюлозу и гемицеллюлозы, практически не затрагивая лигнин. Некоторые аэробные бактерии рода Pseudomonas и актиномицеты также способны участвовать в деградации лигнина, хотя их вклад менее значителен.
• В анаэробных условиях разложение лигнина затруднено и протекает крайне медленно, однако некоторые бактерии рода Clostridium демонстрируют способность к его деградации.

Деградация пектина

Пектиновые вещества — это гетерополисахариды, являющиеся важным компонентом клеточных стенок растений, формирующие межклеточное вещество и придающие тканям прочность. Их расщепление также является критически важным для полного разложения растительных остатков.

Разложение пектина начинается с гидролиза, катализируемого пектолитическими ферментами (пектиназы), которые разрушают полимерную структуру пектина до более простых сахаров. Затем эти сахара подвергаются дальнейшему метаболизму микроорганизмами, часто через маслянокислое брожение.

• Аэробные пектинолитические микроорганизмы включают представителей рода Bacillus (например, Bacillus macerans, Bacillus polymyxa), а также многие грибы.
• Анаэробное разложение пектина осуществляют бактерии рода Clostridium (например, Clostridium pectinovorum, Clostridium felsineum, Clostridium aurantibutyricum).

Численность пектинолитических микроорганизмов в почве может достигать до 1 миллиона клеток на 1 грамм, что подчеркивает их повсеместную и значительную роль в разложении растительных остатков и круговороте углерода.

Микробный углеродный насос и роль микроорганизмов в секвестрации углерода

Секвестрация углерода — это процесс поглощения и долгосрочного хранения углекислого газа (CO₂) из атмосферы, который играет решающую роль в смягчении последствий изменения климата. Она включает удержание углерода в различных природных резервуарах, таких как растения, почвы, геологические образования и океан. В этом глобальном процессе микроорганизмы играют центральную и часто недооцениваемую роль.

Биологический углеродный насос в океане

Океан является крупнейшим активным резервуаром углерода на Земле, поглощая огромные объемы CO₂ из атмосферы. Одним из ключевых механизмов этого поглощения является биологический углеродный насос (или океанический углеродный биологический насос) — биологически обусловленное поглощение углерода из поверхностных вод и атмосферы с последующим переносом его в глубинные слои океана и морские отложения. Этот насос является биологическим компонентом «морского углеродного насоса», который также включает физический компонент (например, растворимость газов в воде).

Ключевую роль в первичном производстве и запуске биологического насоса играет фитопланктон — микроскопические водоросли. Они фиксируют CO₂ из атмосферы в процессе фотосинтеза, обеспечивая от 50% до 85% всего кислорода в атмосфере Земли. На фитопланктон приходится почти половина всего усваиваемого углерода в Мировом океане, и около половины всей первичной продукции планеты приходится на океан.

Далее органическое вещество, синтезированное фитопланктоном (биомасса), либо потребляется зоопланктоном, либо опускается в глубинные слои океана в виде детрита, фекальных пеллет или агрегатов. Около 5-30% поверхностного океанического органического вещества составляют липиды, которые микробы используют для хранения энергии и клеточных функций. Бактерии, питающиеся липидами, оказывают важный контроль над глобальной концентрацией CO₂, влияя на то, сколько органического вещества достигает глубин океана недеградированным. Их пищевые предпочтения являются ключевым микромасштабным процессом, определяющим секвестрацию углерода и эффективность биологического углеродного насоса. Какой важный нюанс здесь упускается? Фактически, любое изменение в их активности из-за внешних факторов, таких как загрязнение или изменение температуры, может иметь каскадные последствия для всей морской экосистемы и, в конечном итоге, для глобального климата.

Важной частью этого процесса является микробная петля — морской трофический путь, который включает растворенный органический углерод (РОУ) в пищевую цепь. Бактерии разлагают РОУ, затем их потребляют простейшие, которые, в свою очередь, становятся пищей для более крупных организмов.

Ежегодно биологический насос перекачивает в недра океана около 10,2 гигатонн углерода, исключая его контакт с атмосферой на тысячи лет и более. Без этого механизма уровень CO₂ в атмосфере увеличился бы примерно на 400 ppm. Недавние исследования ученых из Университета штата Флорида показали, что глубоководные микроорганизмы феодарии потребляют до 20% углеродных частиц, опускающихся на дно океана, что указывает на их более значимую роль, чем считалось ранее. К сожалению, океанические тепловые волны могут нарушать работу биологического углеродного насоса, снижая способность океана секвестрировать углерод.

Секвестрация углерода в почвенных экосистемах

Помимо океана, почва является вторым крупнейшим активным хранилищем углерода, и ей принадлежит главная роль в секвестрации CO₂ атмосферы. В первом метре почвы содержится до 1417 гигатонн (Гт) углерода, что почти в два раза превышает количество углерода в атмосфере. Подповерхностные горизонты почв (глубже 20-30 см) обладают огромным потенциалом для секвестрации углерода, способным хранить от 760 до 1520 Гт дополнительного углерода. Теоретически, почва может поглощать до 5,5 миллиарда тонн CO₂ в год.

Время пребывания углерода в гумусе почв может достигать 4000 лет и более, что делает почву крайне важным долгосрочным депо. Микробная биомасса является центральным звеном в круговороте углерода в наземных экосистемах и важным компонентом органического вещества почвы. Доля микробного углерода в общем органическом углероде почв составляет в среднем 4% и 3% в слоях 0-5 см и 5-10 см соответственно (по методу субстрат-индуцированного дыхания), и 5% и 7% (по прямому микроскопированию) для тех же слоев. В поверхностных органогенных горизонтах эта доля варьирует от 0,6% до 0,9% от общего пула углерода почвы. Содержание микробного углерода в верхних горизонтах почв колеблется от 0,44 до 1,24 мгС/г, а в слое 0–30 см его запасы варьируют от 1,33 до 2,69 тС/га.

Особую роль в стабилизации органического вещества играют экзополисахариды (ЭПС), продуцируемые бактериями и грибами. Эти полимерные вещества выполняют протекторную роль против высушивания, предотвращают стрессы, а также выступают в роли саморегуляторов роста и развития микроорганизмов. ЭПС играют важную роль в формировании и стабилизации почвенных агрегатов, регулировании потока питательных веществ и воды через корни растений, а также снижении солевого стресса у растений. Внесение в почву бактерий, продуцирующих ЭПС, повышает устойчивость растений к водному стрессу благодаря улучшению структуры почвы и накоплению пролина, сахаров и свободных аминокислот. Таким образом, микроорганизмы не только разлагают органику, но и активно участвуют в процессах, способствующих долгосрочному удержанию углерода в почве.

Влияние антропогенных факторов на микробные сообщества и глобальный круговорот углерода

Деятельность человека, особенно с начала индустриальной эпохи, оказала и продолжает оказывать колоссальное влияние на биосферу, приводя к сокращению числа видов растений и животных. Эти изменения неизбежно затрагивают и микромир, изменяя микробное разнообразие и его функции, что в свою очередь влияет на способность всех остальных организмов противостоять изменению климата. Антропогенное воздействие может приводить к формированию микробных сообществ, не характерных для данной природной зоны, и даже к исчезновению специфических видов.

Антропогенные выбросы углерода

С начала индустриальной эпохи человечество стало активно извлекать углерод из земной коры в форме ископаемого топлива (уголь, нефть, газ) и переводить его в атмосферу. Этот процесс по своей мощности сравним с геологической силой, но протекает с беспрецедентной скоростью.

• Сжигание ископаемого топлива и вырубка лесов являются двумя основными источниками антропогенных выбросов CO₂. Глобальные выбросы CO₂ от сжигания ископаемого топлива достигли рекордных 40 гигатонн в 2023 году. Энергетический сектор обеспечивает более 90% выбросов CO₂ и 75% общих выбросов парниковых газов в развитых странах. Выбросы CO₂ от сжигания ископаемого топлива составляют около 86% от всех антропогенных выбросов, тогда как изменения в землепользовании (включая вырубку лесов) составляют около 14%. Когда деревья гниют или сгорают, они выделяют накопленный углерод в атмосферу в виде CO₂.
• Антропогенное влияние привело к увеличению содержания CO₂ в атмосфере на 25% за последние сто лет, что является одним из главных факторов современного изменения климата.
• Помимо CO₂, значительную угрозу представляет метан (CH₄). Глобальный объем антропогенных выбросов метана в 2010 году составил 6875 миллионов тонн эквивалента CO₂. При этом около половины этих выбросов происходило из сельского хозяйства (животноводство, рисоводство), угольных шахт, полигонов твердых бытовых отходов, нефтегазового комплекса и сточных вод.
• Сельское хозяйство также является источником трех четвертей антропогенных выбросов закиси азота (N₂O), которая является мощным парниковым газом, в 270 раз сильнее CO₂ по своему парниковому потенциалу.

Изменение климата и микробные сообщества

Само изменение климата, вызванное антропогенными выбросами, оказывает обратное влияние на микробные сообщества и, соответственно, на круговорот углерода.

• Потепление и засухи могут изменить отношения между макроорганизмами-хозяевами и их микробиомами, что влияет на стабильность экосистем. Изменения окружающей среды могут дестабилизировать модель взаимоотношений «хозяин-микробиом», приводя к появлению новых инфекционных заболеваний. Например, возрастающая температура может изменить взаимодействие между патогеном и организмом-хозяином, что подчеркивает необходимость комплексного изучения этих связей для оценки влияния изменения климата.
• Океанические тепловые волны являются особенно разрушительным фактором. Они нарушают естественный процесс переноса углерода в океанские глубины, изменяя состав планктона и снижая эффективность биологического углеродного насоса. В аномально теплых участках океана наблюдается увеличение доли мелких травоядных организмов, чьи отходы медленно опускаются, задерживаясь у поверхности и препятствуя переносу углерода в глубины. Например, в заливе Аляска во время тепловых волн 2013–2015 и 2019–2020 годов углеродные частицы перестали опускаться в глубокие слои, задерживаясь на уровне около 200 метров, а затем и ближе к поверхности. Это значительно снижает способность океана секвестрировать углерод.

Загрязнение окружающей среды

Помимо глобальных климатических изменений, локальное и региональное загрязнение окружающей среды также оказывает прямое влияние на микробные сообщества.

• Загрязнение тяжелыми металлами, пестицидами, нефтепродуктами может существенно изменять численность, активность и генетическую структуру микробных популяций в почве. Например, загрязнение нефтепродуктами может приводить к снижению численности почвенных микроорганизмов, хотя через несколько месяцев численность может восстановиться за счет развития специализированных деструкторов.
• Загрязнение окружающей среды, например, соединениями азота, может подавлять окислительную активность метанотрофных бактерий в лесных почвах. Это приводит к уменьшению поглощения атмосферного метана почвами, усиливая его накопление в атмосфере и, как следствие, парниковый эффект.

Таким образом, антропогенные факторы не только напрямую увеличивают выбросы парниковых газов, но и опосредованно, через изменение микробных сообществ, нарушают естественные механизмы регуляции углеродного цикла, усиливая негативные последствия для климата Земли.

Современные методы исследования микробной активности и разнообразия в контексте круговорота углерода

Понимание сложной и многогранной роли микробов в производстве и потреблении парниковых газов является ключевым для разработки эффективных стратегий по смягчению последствий изменения климата. Современная наука располагает мощным арсеналом методов, позволяющих заглянуть в микромир и раскрыть его тайны, зачастую без необходимости культивирования организмов.

Молекулярно-генетические методы

Прорывные достижения в молекулярной биологии и геномике революционизировали исследования микробных сообществ. Эти методы позволяют не только идентифицировать виды, но и понять их функциональный потенциал, а также активность в реальных условиях.

• Метагеномное секвенирование: Этот метод позволяет анализировать геномы организмов непосредственно из образцов окружающей среды (почва, вода, донные отложения), без предварительного культивирования. Метагеномика выявляет таксономический состав микробного сообщества, то есть какие виды присутствуют, а также их потенциальные функции, определяя все гены, которые могут экспрессироваться. Это особенно ценно для изучения некультивируемых микроорганизмов, составляющих подавляющее большинство в природе. Метагеномный анализ позволяет получить последовательности практически всех генов каждого микроорганизма в сообществе, что способствует детальному пониманию их функционального потенциала и механизмов функционирования, включая деградацию C₁-соединений, таких как метан.
• Метатранскриптомика: Исследует всю мРНК, присутствующую в образце, что дает информацию об активно экспрессирующихся генах в данный момент времени. Это позволяет оценить, какие метаболические пути действительно активны в сообществе в ответ на изменения окружающей среды.
• Метапротеомика: Изучает полный набор белков (протеом), экспрессируемых микробным сообществом. Белки являются непосредственными исполнителями клеточных функций, поэтому метапротеомика дает прямое представление об активных метаболических процессах.
• Метаболомика: Анализирует все низкомолекулярные метаболиты, присутствующие в образце. Метаболиты являются конечными продуктами метаболических путей и напрямую отражают физиологическое состояние и активность микроорганизмов.

Совместное применение этих «омиксных» технологий позволяет глубоко изучать микробные сообщества и их биогеохимические процессы, такие как деградация C₁-соединений, включая метан, путем определения видового разнообразия без культивирования и выявления метаболических взаимосвязей.

Изотопные методы (Stable Isotope Probing, SIP)

Метод стабильных изотопов (Stable Isotope Probing, SIP) — это мощная техника для отслеживания поглощения питательных веществ микроорганизмами в биогеохимических циклах. Он позволяет идентифицировать конкретные организмы, которые активно участвуют в определенных процессах.

Принцип SIP заключается в использовании субстрата, который искусственно обогащен более тяжелым стабильным изотопом (например, ¹³C вместо обычного ¹²C, ¹⁵N вместо ¹⁴N, ¹⁸O вместо ¹⁶O). Когда исследуемые микроорганизмы потребляют этот меченый субстрат, тяжелый изотоп включается в их биомолекулы (ДНК, РНК, белки, липиды).

Затем биомаркеры с включенными тяжелыми изотопами отделяются от биомаркеров с естественным легким изотопом, обычно с помощью изопикнического центрифугирования, которое разделяет молекулы по плотности. После этого «тяжелые» биомаркеры могут быть секвенированы или проанализированы для идентификации организмов, которые ассимилировали меченый субстрат.

Метод SIP позволяет напрямую связать метаболическую способность микроорганизмов с их филогенетической и метагеномной информацией, идентифицируя организмы, ответственные за деградацию специфических загрязнителей или ассимиляцию углерода. Например, ¹³C-меченый CO₂ используется для выявления организмов, активно фотосинтезирующих или потребляющих новый фотосинтезат. Использование ¹⁸O-меченой воды позволяет определить активно растущие организмы, так как кислород из воды включается в ДНК и РНК во время синтеза, что делает этот метод универсальным индикатором активного роста.

Другие методы

Помимо молекулярно-генетических и изотопных методов, используются и другие подходы для изучения микробной активности и ее влияния на круговорот углерода:

• Спутниковые данные и буи-профилемеры (например, Bio-Argo): Используются для изучения процессов в океане. Они позволяют отслеживать широкий спектр параметров: температуру, соленость, течения, наличие льда, а также биооптические характеристики (концентрацию хлорофилла — индикатора фитопланктона, частиц, кислорода, нитратов) и фотосинтезирующую активность фитопланктона на глобальном уровне.
• Методы оценки микробной биомассы в почвах: Включают фумигацию-экстракцию, субстрат-индуцированное дыхание и прямое микроскопирование. Эти методы позволяют количественно оценить общую массу живых микроорганизмов в почве, что является важным показателем их активности и вклада в круговорот углерода.

Совокупность этих методов позволяет получать все более полную и точную картину роли микроорганизмов в глобальном круговороте углерода, что является основой для разработки эффективных природоохранных и климатических стратегий.

Потенциальные стратегии использования микроорганизмов для регулирования глобального круговорота углерода

Микробные технологии, с их огромным разнообразием и адаптивностью, предоставляют практические и инновационные решения для достижения многих Целей ООН в области устойчивого развития, включая борьбу с изменением климата. Разработка таких технологий направлена на минимизацию и смягчение последствий климатических изменений, уменьшение загрязнения окружающей среды и снижение зависимости от ископаемого топлива. Как можно эффективно использовать этот потенциал?

В сельском хозяйстве

Сельское хозяйство является одним из крупнейших источников парниковых газов, но в то же время обладает огромным потенциалом для секвестрации углерода при грамотном управлении. Микроорганизмы играют здесь ключевую роль:

• Применение микробных препаратов (биопрепаратов): Внесение биопрепаратов, содержащих полезные микроорганизмы, помогает почвенной биоте восстановить связи, необходимые для запуска процессов почвообразования и депонирования углерода. Примером является инициатива «4 промилле», которая предполагает повышение уровня углерода в распаханных почвах по всему миру на 0,4% ежегодно для компенсации антропогенных выбросов CO₂ и повышения продуктивности сельского хозяйства. Внесение биокомпостов в агропочву в дозах 30 и 70 т/га приводило к увеличению запасов углерода без существенных потерь CO₂. В экспериментах было достигнуто удержание до 80% углерода в почве при использовании определенных сельскохозяйственных практик, включая многовидовые посевы.
• Повышение урожайности сельхозкультур: Увеличение биомассы растений приводит к удалению излишних объемов CO₂ из атмосферы и созданию условий для депонирования углерода почвой. Например, повышение урожайности овощных культур на 7-33% может быть сопряжено с увеличением накопления углерода в почве.
• Устойчивое управление почвенными ресурсами (УУПР): Включает практики, направленные на сохранение и накопление углерода в почвах, что имеет потенциал для достижения продовольственной безопасности и смягчения климатических изменений. Потенциальная скорость секвестрации углерода пахотными почвами России в слое 0-30 см оценивается в 8,5 Мт/год при сохранении существующей практики землепользования, и может достигать до 25,5 Мт/год при применении углеродосберегающих практик. Россия занимает 5-е место в мире по потенциалу глобальной секвестрации органического углерода почв сельхозземлями.
• Минимальная обработка почв (no-till): Эта технология способствует накоплению гумуса, микро- и макроэлементов, а также увеличению биологической активности в почвах. Она приводит к снижению выделения углеродистых соединений из грунта, нормализуя баланс углерода в атмосфере и предотвращая деградацию почв. Длительное применение no-till приводит к более высокому уровню микробов и активного углерода в почве по сравнению с традиционной вспашкой.
• Биоудобрения: Препараты на основе бактерий, например Paenibacillus mucilaginosus (штамм ВКПМ В-12259), стимулируют рост растений, способствуют азотфиксации и солюбилизации почвенных минералов. Эти бактерии активно расщепляют водонерастворимые соединения фосфора и калия, фиксируют атмосферный азот и продуцируют фитогормоны. Применение штамма Paenibacillus polymyxa ET3, например, привело к увеличению биомассы корней пшеницы на 36,8%.
• Бактерии, разлагающие закись азота (N₂O): Ученые выявили бактерии, способные эффективно разлагать N₂O в почве, что может сократить выбросы этого мощного парникового газа в сельском хозяйстве на треть.
• Генетически модифицированные микроорганизмы в животноводстве: Использование ГМО или диетических добавок в рубце жвачных животных может усилить разложение целлюлозы в фураже, повышая перевариваемость корма и снижая выбросы метана. Например, кормление жвачных красными морскими водорослями (Asparagopsis taxiformis) показало снижение метаногенеза до 99% в исследованиях in vitro. Селекция крупного рогатого скота также может привести к сокращению выбросов метана, при этом производители молока могут добиться снижения выбросов метана на 20-30% к 2050 году. Генетика хозяина объясняет 24% вариаций выбросов метана, а микробиом рубца – 7%.

Биоремедиация и конверсия парниковых газов

Микроорганизмы также предлагают решения для утилизации парниковых газов и очистки окружающей среды.

• Метанотрофные бактерии: Обладают большим биотехнологическим потенциалом для конверсии метана в различные продукты, такие как микробный белок и целевые метаболиты. Кроме того, они применяются в биоремедиации, разлагая загрязняющие вещества, например, трихлорэтилен и хлорированные углеводороды.
• Микроводоросли: Являются перспективным способом биологической конверсии уловленного CO₂ в ценную биомассу, обогащенную витаминами, антиоксидантами, а также исходными веществами для производства биотоплива. Они обладают высокой продуктивностью, могут производить значительные объемы биомассы на единицу площади и эффективно утилизировать CO₂. Скорость роста плотности биомассы микроводорослей, таких как Chlorella vulgaris и Chlorella ellipsoidea, может достигать до 0,8 г/л в сутки при культивировании в атмосфере дымовых газов с повышенной концентрацией CO₂. Выход биодизеля при использовании водорослей может составлять до 50 мл на 100 мл сырья.

В целом, микробные биотехнологии предоставляют широкий спектр инструментов для утилизации отходов, улавливания углерода и снижения содержания метана, внося весомый вклад в построение экологически устойчивого будущего.

Заключение

Путешествие по миру биогеохимического круговорота углерода и его микробиологических медиаторов отчетливо демонстрирует одну неоспоримую истину: микроорганизмы — это не просто крошечные существа, а незаменимые архитекторы и регуляторы жизни на Земле. Их роль в круговорота углерода является не просто значимой, а фундаментальной, охватывающей каждый этап трансформации этого элемента — от первичной фиксации углекислого газа до разложения сложнейших органических полимеров и секвестрации углерода в долгосрочных резервуарах.

Мы увидели, как фотосинтезирующие микробы, такие как цианобактерии, и хемоавтотрофы запускают процесс перевода неорганического углерода в органический, образуя основу пищевых цепей. Мы углубились в сложные биохимические каскады метаногенеза и метанотрофии, которые балансируют потоки метана, мощного парникового газа, в атмосфере. Детально рассмотрели механизмы деградации целлюлозы, лигнина и пектина, подчеркнув, что без ферментативной активности бактерий и грибов планета была бы погребена под мертвой органикой. Особое внимание было уделено концепции микробного углеродного насоса — как в бескрайних океанических просторах, так и в почвенных экосистемах, где микробы обеспечивают долгосрочное хранение углерода, критически важное для стабилизации климата.

Однако идиллическая картина природного равновесия омрачена антропогенными факторами. Масштабные выбросы парниковых газов от сжигания ископаемого топлива, вырубки лесов, интенсивного сельского хозяйства приводят к дисбалансу, который отражается на микробных сообществах. Изменение климата, загрязнение окружающей среды, океанические тепловые волны не только напрямую влияют на глобальный круговорот углерода, но и нарушают тонкие микробные взаимодействия, снижая способность экосистем к саморегуляции и секвестрации углерода.

В свете этих вызовов, современные методы исследования, такие как метагеномика, изотопное мечение (SIP) и спутниковый мониторинг, становятся незаменимыми инструментами для раскрытия тайн микромира. Они позволяют нам не только понять, как функционируют микробные сообщества, но и выявить те организмы, которые могут стать ключом к решению экологических проблем.

Именно в этом контексте открываются широкие перспективы использования микробных биотехнологий. От биопрепаратов и устойчивого землепользования, повышающих секвестрацию углерода в почвах, до генетически модифицированных микроорганизмов, снижающих выбросы метана в животноводстве, и микроводорослей, утилизирующих CO₂ для производства биотоплива — микроорганизмы предлагают целый арсенал решений.

В заключение, микроорганизмы являются не просто частью, а центральным звеном глобального круговорота углерода. Их изучение и понимание их потенциала — это не просто академический интерес, а стратегическое направление для человечества в поиске устойчивых решений для борьбы с изменением климата и сохранения нашей планеты для будущих поколений. Дальнейшие исследования в этой области и развитие микробных биотехнологий обещают открыть новые горизонты для построения более экологически устойчивого и сбалансированного будущего.

Список использованной литературы

1. Елинов Н.П. Методические рекомендации по молекулярно-генетическим основам микробиологии. М.: Медицина, 2012. 360 с.
2. Гусев М.В. Микробиология. М.: Академия, 2003. 464 с.
3. Нетрусов А.И. Микробиология. М.: Академия, 2009. 352 с.
4. Подколзина В. А., Седов А. А. Медицинская микробиология. Конспект лекций. М.: Приор, 2008.
5. Шуб Г. М. Основы медицинской бактериологии, вирусологии и иммунологии. Учебное пособие. Саратов, 2010.
6. Биогеохимия: наука о химических процессах / Российское общество Знание. 2025-01-31.
7. Хемосинтез / Циклопедия. 2025-03-26.
8. МИКРОБНАЯ БИОМАССА И ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ ЛЕСНЫХ ПОЧВ РАИФСКОГО УЧАСТКА ВОЛЖСКО-КАМСКОГО ЗАПОВЕДНИКА | Российский журнал прикладной экологии. 2023-06-26.
9. Реферат на тему «Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе — FastFine. 2023-11-24.
10. Океанические тепловые волны нарушают работу «углеродного насоса» планеты. 2025-10-23.
11. У почвенных микробов есть память: как это может бороться с засухой — Наука Mail. 2025-10-30.
12. Использование метанотрофных бактерий в биоремедиации — «Биомолекула». 2025-04-03.
13. Вклад микроорганизмов в углеродный баланс: эмиссия и секвестрация CO2 почв Текст научной статьи по специальности «Биологические науки — КиберЛенинка. 2025-07-04.
14. Фиксация атмосферного азота свободноживущими бактериями. Источники углерода. Механизм фиксации. Доля… — Биология – Кампус — Kampus.ai. 2025-07-10.
15. Роль морских экосистем в глобальном поглощении углерода — Sigma Earth. 2025-02-17.
16. Для защиты от климатической катастрофы необходимо использовать микробные технологии | Microbius — Российский Микробиологический Портал. 2024-11-14.
17. Система мониторинга выбросов метана доказала свою эффективность, но необходимы действия по устранению утечек — UN News. 2024-11-15.
18. Научный взгляд: какие бактерии могут сократить выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве — Агроэксперт. 2024-08-21.
19. Запасы углерода в океане зависят от пищевых предпочтений микробов. 2024-09-16.
20. Метагеномика: роль микробов в климате — ProgKids. 2024-09-05.
21. УЧАСТИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ В КРУГОВОРОТЕ ВЕЩЕСТВ (В ГЛОБАЛЬНЫХ ЦИКЛАХ О. 2020-05-12.
22. Разложение целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и пектина. 2023-09-08.
23. Ацетогены — от зарождения жизни до биотехнологического применения | Microbius. 2023-05-05.
24. Микробные биотехнологии в управлении отходами | Microbius. 2023-08-23.
25. Крошечные бактерии помогут сократить выбросы парниковых газов при производстве топлива — Научная Россия. 2023-05-10.
26. Климатическая повестка, энергетика и метан — РСМД. 2023-08-24.
27. Углеродное земледелие. Как трансформировать модный тренд в широкую сельскохозяйственную практику? | АгроЭкоМиссия.
28. Почвоведение, 2023, № 9, стр. 1011-1022.
29. Влияние источника углерода на синтез биомассы и экзополисахаридов бактериями Paenibacillus mucilaginosus Текст научной статьи по специальности «Биологические науки — КиберЛенинка.
30. Микробиология, 2020, T. 89, № 3, стр. 300-307.
31. Аналитический обзор: эмиссия и поглощение парниковых газов почвами. экологические проблемы | Антропогенная трансформация природной среды — ПГНИУ. 2021-07-10.
32. Метан и климатические изменения: научные проблемы и технологические аспекты — Российская академия наук. 2019-02-19.
33. «биологический насос» углекислого газа. Лауреат премии президента РФ А. Кубряков о роли океана в углеродном цикле — Научная Россия. 2022-02-09.
34. DNA stable-isotope probing (DNA-SIP) — PubMed. 2010-08-02.
35. Methodological considerations for the use of stable isotope probing in microbial ecology — PubMed. 2010-08-02.
36. Успехи современной биологии. T. 142, Номер 6, 2022.
37. Микробиология. T. 91, Номер 6, 2022.
38. Участие микроорганизмов в биологическом круговороте углерода. 2019-08-06.
39. Разложение сложных органических безазотных веществ. 2019-11-13.
40. Роль микроорганизмов в круговороте веществ. Круговорот углерода. Роль бактерий в обмене углерода. — МедУнивер.
41. Управление циклом почвенного углерода для укрепления продовольственной безопасности и смягчения последствий климатических изменений.
42. НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ УГЛЕРОД-СЕКВЕСТРИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПАХОТНЫХ ПОЧВ Текст научной статьи по специальности — КиберЛенинка.
43. Разработка научных основ технологии для конверсии парникового газа — углекислоты из бросовых газов в биомассу микроводорослей, обогащен-ную витаминами и антиоксидантами — НИР | ИСТИНА.
44. Технологии снижения углекислого газа в атмосфере Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии — КиберЛенинка.
45. На правах рукописи КИЧЕМАЗОВА НАТАЛЬЯ ВАЛЕНТИНОВНА ЭКЗОПОЛИСАХАРИДЫ.
46. Круговорот химических элементов в биосфере • Биология | Фоксфорд Учебник.
47. Фотосинтез и хемосинтез • Биология | Фоксфорд Учебник.
48. Метанотрофы — Википедия.
49. Ацетогенез — Википедия.
50. Биологический насос — Википедия.
51. Биологический насос — Wikiwand.
52. Связывание углерода — Википедия.
53. Восстановительный пентозофосфатный цикл — Википедия.
54. Восстановительный цикл трикарбоновых кислот — Википедия.
55. Метагеномный анализ кишечной микробиоты — ПРОПИОНИКС.
56. Экзополисахариды бактерий — ПРОПИОНИКС.
57. Пластический обмен. Хемосинтез — что это, определение и ответ.
58. что такое хемосинтез? расскажите о значении хемосинтезирующих бактерий в природе / Школьные Знания.com. 2018-10-15.
59. круговорот углерода — Eionet.
60. это… Что такое МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ? — Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии.
61. это… Что такое МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА? — Экологический словарь.
62. Минерализация органического вещества.
63. Геохимия биосферы. Тема 3.5. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ВАЖНЕЙШИХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ: УГЛЕРОДА, КИСЛОРОДА, АЗОТА, СЕРЫ, ФОСФОРА, КАЛИЯ, КАЛЬЦИЯ, КРЕМНЕЗЕМА, АЛЮМИНИЯ, ЖЕЛЕЗА, МАРГАНЦА И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ.
64. Геохимический цикл углерода / Википедия.
65. § 53. Круговорот веществ в биосфере: Круговорот углерода.
66. Разложение лигнина — Разложение природных веществ — Общая микробиология — Статьи.
67. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ ТЕМНОВОЙ ФАЗЫ ФОТОСИНТЕЗА РАСТЕНИЙ — Международный студенческий научный вестник.
68. 1. Целлюлоза и процесс ее разложение. 2015-03-13.
69. Цикл Кребса — ОСНОВЫ МИКРОБИОЛОГИИ — Studme.org.
70. это… Что такое Цикл Кальвина? — Словари и энциклопедии на Академике.
71. 49. Роль цикла Кальвина в процессе фотосинтеза, его суммарное выражение и упрощенная схема. 2019-09-30.
72. Глава 4. Устойчивость организации биосферы — Biotic Regulation.
73. Общемировой объем выбросов метана и возможности его сокращения — Global Methane Initiative.
74. Пути секвестрации углерода при землепользовании (обзор литературы).
75. У архей обнаружен необычный способ фиксации углерода. 2007-02-21.