Některé mikroby v hlubinách moře produkují kyslík dosud neznámým způsobem. Za účelem výroby energie druh archaea 'Nitrosopumilus maritimus' oxiduje amoniak v přítomnosti kyslíku na dusičnan. Ale když vědci uzavřeli mikroby do vzduchotěsných nádob, bez světla nebo kyslíku, byli stále schopni produkovat O2 pro použití při oxidaci amoniaku na dusitany.
Oceány hrají klíčovou roli při udržování hladiny kyslíku v atmosféře. Asi 70 % z kyslík v atmosféře je produkován mořskými rostlinami, deštné pralesy tvoří zhruba jednu třetinu (28 %) kyslíku na Zemi, zbývající 2 procenta Zeměkyslík pochází z jiných zdrojů. Oceán produkuje kyslík fotosyntézou oceánských rostlin (fytoplankton, chaluha a plankton řas).
Existuje však skupina několika druhů mikrobů žijících v oceánu, kteří produkují kyslík ve tmě, bez slunečního světla, prostřednictvím procesu odlišného od fotosyntézy. Nitrosopumilus maritimus se nyní na základě této schopnosti připojila k této skupině hrstek mikrobů.
Archaea (neboli archaebakterie) jsou jednobuněčné mikroby podobné bakteriím ve struktuře (proto jsou archaea i bakterie prokaryota), ale evolučně se liší od bakterií a eukaryoty, čímž tvoří třetí skupinu živých organismů. Archaea žije v prostředí s nízkým obsahem kyslíku a jsou to obligátní anaeroby (to znamená, že nemohou přežít normální hladinu atmosférického kyslíku), například halofilové žijí v extrémně slaném prostředí, metanogeny produkují metan, termofilové žijí v extrémně horkém prostředí atd.
Asi 30 % mikrobiálních planktonů oceánů tvoří archaea oxidující amoniak (AOA), které spolu s bakteriemi oxidujícími dusitany (NOB) představují převládající zdroj anorganického dusíku v oceánu a hrají klíčovou roli v cyklu oceánského dusíku.
Obě tyto dvě archaea, tj. AOA a NOB, jsou známé tím, že závisí na molekulárním kyslíku (O2) při oxidaci amoniaku na dusitany.
NH3 + 1.5 O2 → NE2- + H2O+H+
Přesto se tyto archaea nacházejí v hojnosti v anoxických mořských prostředích s velmi nízkými nebo dokonce nedetekovatelnými hladinami kyslíku. To je velmi překvapivé, zejména s ohledem na skutečnost, že nemají žádný známý anaerobní metabolismus. Jejich energetický metabolismus vyžaduje kyslík, přesto se nacházejí v prostředích, kde je kyslík nedetekovatelný. Jak to dělají?
Chcete-li to prozkoumat, Výzkumníci prováděl inkubace archaea Nitrosopumilus maritimus při extrémně nízkých koncentracích kyslíku v nano (10-9) rozsah. Zjistili, že po vyčerpání kyslíku byly archaea schopny produkovat malé množství kyslíku za anoxických podmínek. Produkovali O2 pro oxidaci samotného amoniaku při současné redukci dusitanů na oxid dusný (N2O) a didusík (N2).
Tato studie ukázala cestu anaerobní oxidace amoniaku (jak O2 produkce od Nitrosopumilus maritimus v oceánském prostředí ochuzeném o kyslík jim umožňuje oxidovat čpavek na dusičnany za účelem výroby energie). To také odhalilo novou cestu N2 výroba v hloubce moře prostředí.
***
Zdroje:
- Kraft B., et al 2022. Produkce kyslíku a dusíku archaeonem oxidujícím amoniak. Věda. 6. ledna 2022. svazek 375, vydání 6576 s. 97-100. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe6733
- Martens-Habbena W. a Qin W., 2022. Archaální nitrifikace bez kyslíku. Věda. 6. ledna 2022. Vol 375, Issue 6576 s. 27-28. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn0373
***
