Jotkut syvänmeren mikrobit tuottavat happea toistaiseksi tuntemattomalla tavalla. Energian tuottamiseksi arkkilaji 'Nitrosopumilus maritimus' hapettaa ammoniakin hapen läsnä ollessa nitraatiksi. Mutta kun tutkijat sulkivat mikrobit ilmatiiviisiin astioihin ilman valoa tai happea, he pystyivät silti tuottamaan O2 käytettäväksi ammoniakin hapetuksessa nitriitiksi.
Valtamerillä on keskeinen rooli ilmakehän happipitoisuuden ylläpitämisessä. Noin 70 % happi ilmakehässä tuotetaan meren kasveilla, sademetsät muodostavat noin kolmanneksen (28 %) maapallon hapesta ja loput 2 prosenttia Maasen happi tulee muista lähteistä. Valtameri tuottaa happea valtameren kasvien (kasviplanktonin, rakkoleväplanktonin ja leväplanktonin) fotosynteesin kautta.
Valtameressä elää kuitenkin joukko harvoja mikrobilajeja, jotka tuottavat happea pimeässä, ilman auringonvaloa fotosynteesistä poikkeavan prosessin kautta. Nitrosopumilus maritimus on nyt liittynyt tähän kourallisen mikrobien joukkoon tämän kyvyn perusteella.
Arkeat (tai arkebakteerit) ovat yksisoluisia mikrobeja, jotka ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin bakteerit (siis sekä arkeat että bakteerit ovat prokaryootteja), mutta evoluutionaalisesti erilaisia bakteereista ja eukaryootitmuodostaen siten kolmannen elävien organismien ryhmän. Archaea asuu ympäristöissä vähän happea ja ovat pakollisia anaerobeja (eli he eivät selviä normaalista ilmakehän happitasosta), esimerkiksi halofiilit elävät erittäin suolaisissa ympäristöissä, metanogeenit tuottavat metaania, termofiilit elävät erittäin kuumissa ympäristöissä jne.
Noin 30 % valtamerten mikrobiplanktoneista koostuu ammoniakkia hapettavasta arkeesta (AOA), joka yhdessä nitriittiä hapettavien bakteerien (NOB) kanssa muodostaa vallitsevan epäorgaanisen typen lähteen valtamerissä ja on avainasemassa valtamerten typen kierrossa.
Molempien näiden kahden arkean eli AOA:n ja NOB:n tiedetään olevan riippuvaisia molekyylihapesta (O2) hapettamalla ammoniakkia nitriitiksi.
NH3 + 1.5 O2 → EI2- + H2O+H+
Silti näitä arkeeja löytyy runsaasti hapettomissa meriympäristöissä, joissa happitaso on erittäin alhainen tai jopa havaitsematon. Tämä on hyvin yllättävää, varsinkin kun otetaan huomioon, että heillä ei ole tunnettua anaerobista aineenvaihduntaa. Niiden energia-aineenvaihdunta vaatii happea, mutta niitä esiintyy ympäristöissä, joissa happea ei voida havaita. Kuinka he tekevät sen?
Tämän tutkimiseksi Tutkijat suoritti arkean inkubaatioita Nitrosopumilus maritimus erittäin alhaisilla happipitoisuuksilla nanossa (10-9) alue. He havaitsivat, että happipuutteen jälkeen arkeat pystyivät tuottamaan pieniä määriä happea hapettomissa olosuhteissa. He tuottivat O2 itse ammoniakin hapettumiseen samalla kun nitriitin pelkistetään dityppioksidiksi (N2O) ja dityppi (N2).
Tämä tutkimus osoitti anaerobisen ammoniakin hapettumisreitin (miten O2 tuottaja Nitrosopumilus maritimus hapettomassa valtameriympäristössä ne voivat hapettaa ammoniakin nitraatiksi energian tuottamiseksi). Se paljasti myös uuden polun N2 tuotanto syvällä meri ympäristöön.
***
Lähteet:
- Kraft B., et ai 2022. Ammoniakkia hapettavan arkeonin hapen ja typen tuotanto. Tiede. 6. tammikuuta 2022. Vol. 375, numero 6576, s. 97-100. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe6733
- Martens-Habbena W. ja Qin W., 2022. Arkeaalinen nitrifikaatio ilman happea. Tiede. 6. tammikuuta 2022. Vol. 375, numero 6576, s. 27–28. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn0373
***
