Methaneový paradox oceánu: Co to je a proč na něm záleží?

Skleníkový plyn tam, kde by neměl být

Methan je jedním z nejúčinnějších skleníkových plynů na Zemi, který za 20 let zachytí zhruba 80krát více tepla než oxid uhličitý. Vědci dlouho věděli, že mikroorganismy produkující methan, nazývané methanogeny, se daří pouze v prostředích bez kyslíku – v bažinách, na rýžových polích, ve střevech přežvýkavců a v hlubokých oceánských sedimentech.

Přesto oceánografové po desetiletí měřili něco, co tomuto pravidlu odporovalo: sluncem zalitý povrch otevřeného oceánu bohatý na kyslík trvale uvolňuje methan do atmosféry. Tento jev představuje odhadem 4 procenta celosvětové produkce methanu – malý, ale významný podíl na planetárním rozpočtu skleníkových plynů. Jak mohla voda bohatá na kyslík generovat plyn, jehož producenti nemohou v kyslíku přežít?

Tento rozpor se stal známým jako methanový paradox oceánu a vědce mátl více než 40 let.

Jak mikroby produkují methan v okysličené vodě

Odpověď nespočívá v tradičních methanogenech, ale v obyčejných mořských bakteriích, které dělají něco nečekaného. Výzkum vedený geochemikem Danem Repetou z Woods Hole Oceanographic Institution, publikovaný v časopise Nature Geoscience, odhalil, že rozpuštěná organická hmota v oceánu obsahuje nové polysacharidy – dlouhé řetězce molekul cukru produkované fotosyntetickými bakteriemi v horní vrstvě oceánu.

Tyto polysacharidy obsahují vazby uhlík-fosfor (C-P) identické s těmi, které se nacházejí ve sloučenině zvané methylfosfonát (MPn). Když běžné aerobní bakterie rozkládají tyto molekuly, aby získaly fosfor, štěpí tyto vazby C-P a uvolňují methan, ethylen a propylen jako chemické vedlejší produkty. V laboratorních experimentech, když byly k vzorkům mořské vody s bakteriemi přidány purifikované polysacharidy, aktivita mikrobů prudce vzrostla a v lahvičkách se začalo produkovat velké množství methanu.

Zásadní je, že mořská archea zvaná Nitrosopumilus maritimus – jeden z nejhojnějších organismů v povrchových vodách oceánu – nese genetickou výbavu k produkci methylfosfonátu. Podobné geny se objevují u mnoha mořských mikrobů, což naznačuje, že produkce MPn je rozšířená v oceánech po celém světě.

Nedostatek fosfátů: Hlavní spínač

Klíčový průlom přinesl tým z University of Rochester vedený Thomasem Weberem, jehož studie z roku 2026 v Proceedings of the National Academy of Sciences zmapovala, jak tento proces funguje v globálním měřítku. Vědci zjistili, že bakterie se uchylují k rozbíjení vazeb C-P pouze tehdy, když je jejich preferovaná živina – rozpuštěný fosfát – vzácná.

„Nedostatek fosfátů je primární regulační knoflík pro produkci a emise methanu v otevřeném oceánu,“ vysvětlil Weber. V pobřežních zónách s bohatým výstupem živin mají bakterie dostatek fosfátů a ignorují vazby C-P v rozpuštěné organické hmotě. Ale v rozsáhlých oblastech otevřeného oceánu – zejména v subtropických gyrech – koncentrace fosfátů klesají natolik, že se mikroby obracejí k methylfosfonátu jako k alternativnímu zdroji fosforu, čímž produkují methan.

Klimatická zpětná vazba, která chybí v modelech

Tento mechanismus má alarmující dopady na změnu klimatu. Jak se oceán otepluje od povrchu dolů, rozdíl v hustotě mezi teplou povrchovou vodou a studenou hlubokou vodou se zvyšuje, což zpomaluje vertikální promíchávání. Snížené promíchávání znamená, že se na povrch z hlubin dostává méně živin – včetně fosfátů.

Výsledkem je potenciální pozitivní zpětná vazba: oteplující se oceány jsou více ochuzeny o živiny, což vede k větší mikrobiální produkci methanu, což dále zesiluje oteplování. Weberův tým modeloval tento scénář a předpověděl, že produkce methanu v oceánech by se mohla v nadcházejících staletích zvýšit až dvojnásobně, jak se stratifikace zintenzivňuje.

Snad nejvíce znepokojivé je, že tento mechanismus zpětné vazby není v současné době zahrnut v hlavních modelech klimatických projekcí. To znamená, že stávající prognózy budoucího oteplování mohou podceňovat příspěvek oceánu k atmosférickému methanu – slepé místo, na které nyní výzkumníci naléhavě upozorňují komunitu modelující klima.

Proč na tom záleží i mimo klima

Pochopení methanového paradoxu oceánu také mění způsob, jakým vědci uvažují o mořské biogeochemii. Objev, že produkci methanu v oceánu pohánějí obyčejné aerobní bakterie – nikoli exotické methanogeny – odhaluje skrytou metabolickou dráhu fungující v největším ekosystému planety. Propojuje koloběh živin, mikrobiální ekologii a atmosférickou chemii způsoby, které byly ještě před několika lety neviditelné.

Jak se oceány nadále oteplují a stratifikují, paradox, který vědce po desetiletí mátl, se může stát jednou z nejvýznamnějších zpětných vazeb v klimatickém systému – takovou, kterou lidstvo teprve začíná měřit a modelovat.