Niektóre drobnoustroje głębinowe produkują tlen w nieznany dotąd sposób. Aby wytworzyć energię, gatunek archeonów „Nitrosopumilus maritimus” utlenia amoniak w obecności tlenu do azotanu. Ale kiedy naukowcy zamknęli drobnoustroje w hermetycznych pojemnikach, bez światła i tlenu, nadal byli w stanie wytwarzać O2 do stosowania w utlenianiu amoniaku do azotynu.
Oceany odgrywają kluczową rolę w utrzymywaniu poziomu tlenu w atmosferze. Około 70% tlen w atmosferze jest wytwarzana przez rośliny morskie, lasy deszczowe stanowią około jednej trzeciej (28%) tlenu na Ziemi, pozostałe 2 procent ziemiatlen pochodzi z innych źródeł. Ocean wytwarza tlen poprzez fotosyntezę przez rośliny oceaniczne (fitoplankton, wodorosty morskie i plankton z alg).
Istnieje jednak grupa kilku gatunków drobnoustrojów żyjących w oceanie, które produkują tlen w ciemności, przy braku światła słonecznego, w procesie innym niż fotosynteza. Nitrosopumilus maritimus teraz dołączył do tej garstki drobnoustrojów dzięki tej zdolności.
Archaea (lub archaebacteria) to jednokomórkowe drobnoustroje o strukturze podobnej do bakterii (stąd zarówno archeony, jak i bakterie są prokariotami), ale różnią się ewolucyjnie od bakterii i eukarionty, tworząc w ten sposób trzecią grupę organizmów żywych. Archaea żyje środowiska mają niską zawartość tlenu i są bezwzględnie beztlenowcami (co oznacza, że nie mogą przetrwać normalnego poziomu tlenu atmosferycznego), na przykład halofile żyją w ekstremalnie zasolonych środowiskach, metanogeny wytwarzają metan, termofile żyją w ekstremalnie gorących środowiskach itp.
Około 30% planktonów drobnoustrojów w oceanach składa się z archeonów utleniających amoniak (AOA), które wraz z bakteriami utleniającymi azotyny (NOB) stanowią główne źródło nieorganicznego azotu w oceanie i odgrywają kluczową rolę w oceanicznym obiegu azotu.
Wiadomo, że oba te archeony, tj. AOA i NOB, zależą od tlenu cząsteczkowego (O2) w utlenianiu amoniaku do azotynu.
NH3 + 1.5 centa2 → NIE2- + H2O+H+
Jednak te archeony występują w obfitości w beztlenowych środowiskach morskich o bardzo niskim lub nawet niewykrywalnym poziomie tlenu. Jest to bardzo zaskakujące, zwłaszcza biorąc pod uwagę fakt, że nie mają znanego metabolizmu beztlenowego. Ich metabolizm energetyczny wymaga tlenu, ale można je znaleźć w środowiskach, w których tlen jest niewykrywalny. Jak oni to robią?
Aby to zbadać, Badacze przeprowadzone inkubacje archeonów Nitrosopumilus maritimus przy ekstremalnie niskich stężeniach tlenu w nano (10-9) zakres. Odkryli, że po wyczerpaniu tlenu archeony były w stanie wytwarzać niewielkie ilości tlenu w warunkach beztlenowych. Wyprodukowali O2 do utleniania samego amoniaku przy jednoczesnej redukcji azotynu do podtlenku azotu (N2O) i dwuazotu (N2).
Badanie to wykazało ścieżkę beztlenowego utleniania amoniaku (jak O2 produkcja przez Nitrosopumilus maritimus w ubogim w tlen środowisku oceanicznym umożliwia im utlenianie amoniaku do azotanów w celu wytworzenia energii). Odkryła również nową ścieżkę N2 produkcja w głębokim morze środowisko.
***
Źródła:
- Krafta B., i wsp 2022. Produkcja tlenu i azotu przez archeona utleniającego amoniak. Nauka. 6 stycznia 2022. Tom 375, wydanie 6576 s. 97-100. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe6733
- Martens-Habbena W. i Qin W., 2022. Nityfikacja archeonów bez tlenu. Nauka. 6 stycznia 2022. Tom 375, wydanie 6576 s. 27-28. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn0373
***
