O nouă modalitate nouă de producere a oxigenului în ocean

Unii microbi din adâncurile mării produc oxigen într-un mod necunoscut până acum. Pentru a genera energie, specia de arhee „Nitrosopumilus maritimus” oxidează amoniacul, în prezența oxigenului, la nitrat. Dar când cercetătorii au sigilat microbii în recipiente ermetice, fără lumină sau oxigen, ei au fost încă capabili să producă O₂ pentru utilizare în oxidarea amoniacului în nitriți.  

Oceanele joacă un rol cheie în menținerea nivelului de oxigen din atmosferă. Aproximativ 70% din oxigen în atmosferă este produs de plante marine, pădurile tropicale reprezintă aproximativ o treime (28%) din oxigenul Pământului, restul de 2% din PământOxigenul provine din alte surse. Oceanul produce oxigen prin fotosinteză de către plantele oceanice (fitoplancton, alge și plancton algal).  

Cu toate acestea, există un grup de câteva specii de microbi care trăiesc în ocean care produc oxigen în întuneric, în absența luminii solare, printr-un proces diferit de fotosinteză. Nitrosopumilus maritimus s-a alăturat acum acestui grup de pumni de microbi pe baza acestei abilități.  

Arheele (sau arheebacterii) sunt microbi unicelulari asemănători bacteriilor ca structură (prin urmare, atât arheile, cât și bacteriile sunt procariote), dar diferiți din punct de vedere evolutiv de bacterii și eucariotelor, formând astfel un al treilea grup de organisme vii. Arhea trăiește în medii sărace în oxigen și sunt anaerobi obligatorii (adică nu pot supraviețui nivelului normal de oxigen atmosferic), de exemplu, halofilii trăiesc în medii extrem de sărate, metanogene produc metan, termofilii trăiesc în medii extrem de calde etc.  

Aproximativ 30% din planctonul microbian al oceanelor este alcătuit din arheea oxidantă a amoniacului (AOA), care împreună cu bacteriile oxidante de nitriți (NOB) asigură sursa predominantă de azot anorganic în ocean și joacă un rol cheie în ciclul azotului oceanic.  

Se știe că ambele aceste două arhei, adică AOA și NOB depind de oxigenul molecular (O₂) în oxidarea amoniacului în nitrit.  

NH₃ + 1.5 O₂ → NU₂^- + H₂O+H⁺  

Cu toate acestea, aceste arhee se găsesc din abundență în medii marine anoxice cu niveluri de oxigen foarte scăzute sau chiar nedetectabile. Acest lucru este foarte surprinzător, mai ales având în vedere faptul că nu au un metabolism anaerob cunoscut. Metabolismul lor energetic necesită oxigen, dar se găsesc în medii în care oxigenul este nedetectabil. Cum o fac?  

Pentru a investiga acest lucru, cercetători au efectuat incubaţii ale arheilor Nitrosopumilus maritimus la concentrații extrem de scăzute de oxigen în nano (10^-9) gamă. Ei au descoperit că, după epuizarea oxigenului, arheile au fost capabile să producă cantități mici de oxigen în condiții anoxice. Au produs O₂ pentru oxidarea amoniacului în sine, reducând simultan nitritul la protoxid de azot (N₂O) și dinazotul (N₂). 

Acest studiu a arătat calea de oxidare a amoniacului anaerob (cum O₂ producție de Nitrosopumilus maritimus în mediul oceanic sărăcit în oxigen, le permite să oxideze amoniacul la nitrat pentru a genera energie). De asemenea, a descoperit o nouă cale de N₂ producție în adâncime mare mediu. (envrironment) 

*** 

Surse:  

1. Kraft B., et al 2022. Producția de oxigen și azot de către un arheon oxidant amoniac. Ştiinţă. 6 ian 2022. Vol 375, Issue 6576 pp. 97-100. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe6733 

2. Martens-Habbena W. și Qin W., 2022. Nitrificare arheală fără oxigen. Ştiinţă. 6 ian 2022. Vol 375, Issue 6576 pp. 27-28. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn0373 

***