Учёные объяснили образование метанола из лигнина без участия бактерий

Лигнин — природный полимер, придающий древесине прочность, — может становиться источником метанола и формальдегида без участия живых микроорганизмов. Исследователи Гейдельбергского университета показали роль железа и активных форм кислорода в этом процессе. Работа опубликована в Nature Communications.

Химическая реакция вместо микробного разложения

Лигнин хранит значительную часть органического углерода растений и почв. Он содержит метоксигруппы — небольшие химические фрагменты, которые могут отщепляться при разрушении полимера. Команда установила, что железо в сочетании с активными формами кислорода способно запускать такой распад.

При этом метоксигруппа отделяется целиком, образуя метанол, который затем превращается в формальдегид. Исследователи проследили реакцию с помощью изотопно-меченых молекул: отдельные атомы заменяли более тяжёлыми вариантами, позволяющими отслеживать их путь.

Квантово-химические расчёты группы Петера Комбы поддержали экспериментальные результаты. Для отделения целой метоксигруппы расчёты показали наименьший энергетический барьер среди исследованных путей реакции.

Достаточно увлажнить почву

Йонас Хеделер проводил лабораторные опыты в группе Франка Кепплера. Реакция шла в воде при обычной температуре и нормальном давлении, а при нагреве усиливалась. Это отличается от известных промышленных условий, требующих температур свыше 285 градусов, повышенного давления и водородной атмосферы.

В стерилизованных почвенных образцах метанол и затем формальдегид образовывались после простого увлажнения — без дополнительного внесения железа или активных форм кислорода. Нужные компоненты уже присутствовали в природной почве.

Опыты показали несколько признаков процесса:

• образование метанола продолжалось после нескольких циклов увлажнения и высыхания;
• предварительное удаление метоксигрупп прекращало его образование;
• в биологически активной почве метанола было заметно меньше;
• повышение температуры усиливало выделение исследованных соединений.

Связь химии и микробного обмена

В живой почве микроорганизмы быстро потребляют метанол. Поэтому он выступает промежуточным звеном между неживыми химическими реакциями и микробным обменом веществ. Это объясняет, почему важный источник соединения можно недооценить, измеряя только его накопление.

Читайте также по теме: другом исследовании по теме.

Если метанол и формальдегид попадают в атмосферу, они участвуют в фотохимических реакциях. Однако масштаб нового механизма в природе и его климатическое значение ещё требуют полевых исследований. Авторы также допускают будущий интерес к использованию лигнина — побочного продукта бумажной промышленности, но не сообщают о готовой технологии производства биотоплива.