Новий спосіб виробництва кисню в океані

Деякі мікроби в глибокому морі виробляють кисень невідомим досі способом. Для вироблення енергії археї виду Nitrosopumilus maritimus окислюють аміак у присутності кисню до нітрату. Але коли дослідники запечатали мікробів у герметичні контейнери без світла чи кисню, вони все ще змогли виробляти O₂ для використання при окисленні аміаку до нітриту.  

Океани відіграють ключову роль у підтримці рівня кисню в атмосфері. Близько 70% від кисень в атмосфері виробляється морськими рослинами, на тропічні ліси припадає приблизно одна третина (28%) кисню Землі, решта 2 відсотки ЗемляКисень у Росії надходить з інших джерел. Океан виробляє кисень шляхом фотосинтезу океанічними рослинами (фітопланктоном, ламінарією та планктоном водоростей).  

Однак існує група з кількох видів мікробів, що живуть в океані, які виробляють кисень у темряві, за відсутності сонячного світла, за допомогою процесу, відмінного від фотосинтезу. Nitrosopumilus maritimus тепер приєднався до цієї групи мікробів на основі цієї здатності.  

Археї (або архебактерії) — це одноклітинні мікроби, подібні до бактерій за будовою (отже, і археї, і бактерії є прокаріотами), але еволюційно відрізняються від бактерій і еукаріот, таким чином утворюючи третю групу живих організмів. Археї живуть в середовищах з низьким вмістом кисню і є облігатними анаеробами (це означає, що вони не витримують нормального рівня кисню в атмосфері), наприклад, галофіли живуть у надзвичайно солоному середовищі, метаногени виробляють метан, термофіли живуть у надзвичайно жарких середовищах тощо.  

Близько 30% мікробного планктону океанів складається з архей, що окиснюють аміак (AOA), які разом з бактеріями, що окиснюють нітрити (NOB), є основним джерелом неорганічного азоту в океані та відіграють ключову роль в океанічному циклі азоту.  

Відомо, що обидві ці дві археї, тобто AOA і NOB, залежать від молекулярного кисню (O₂) при окисленні аміаку до нітриту.  

NH₃ + 1.5 О₂ → НІ₂^- + H₂O + H⁺  

Тим не менш, ці археї у великій кількості зустрічаються в безкисневих морських середовищах з дуже низьким або навіть невиявленим рівнем кисню. Це дуже дивно, особливо з огляду на те, що вони не мають відомого анаеробного метаболізму. Для їх енергетичного метаболізму потрібен кисень, але вони зустрічаються в середовищах, де кисень неможливо виявити. Як вони це роблять?  

Щоб дослідити це, в Дослідники проводили інкубації архей Nitrosopumilus maritimus при надзвичайно низьких концентраціях кисню в нано (10^-9) діапазон. Вони виявили, що після виснаження киснем археї були здатні виробляти невелику кількість кисню в безкисневих умовах. Вони випустили О₂ для окислення самого аміаку з одночасним відновленням нітриту до закису азоту (N₂О) і діазот (N₂). 

Це дослідження показало шлях анаеробного окислення аміаку (як O₂ виробництво Nitrosopumilus maritimus у збідненому киснем океанічному середовищі дозволяє їм окислювати аміак до нітратів для отримання енергії). Він також розкрив новий шлях Н₂ виробництво в глибок море довкілля. 

*** 

джерела:  

1. Крафт Б., та ін 2022. Виробництво кисню та азоту археоном, що окиснює аміак. наук. 6 січня 2022 р. Том 375, Випуск 6576 С. 97-100. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe6733 

2. Martens-Habbena W., and Qin W., 2022. Археальна нітрифікація без кисню. наук. 6 січня 2022 р. Том 375, Випуск 6576 С. 27-28. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn0373 

***