Sommige microben in de diepzee produceren op tot nu toe onbekende wijze zuurstof. Om energie op te wekken, oxideert de archaea-soort 'Nitrosopumilus maritimus' ammoniak in aanwezigheid van zuurstof tot nitraat. Maar toen onderzoekers de microben in luchtdichte containers afsloten, zonder licht of zuurstof, waren ze nog steeds in staat om O . te produceren2 voor gebruik bij de oxidatie van ammoniak tot nitriet.
Oceanen spelen een sleutelrol bij het op peil houden van het zuurstofgehalte in de atmosfeer. Ongeveer 70% van de zuurstof in de atmosfeer wordt geproduceerd door zeeplanten, zijn regenwouden goed voor ongeveer een derde (28%) van de zuurstof op aarde, de resterende 2 procent van De aarde 's zuurstof komt uit andere bronnen. De oceaan produceert zuurstof door middel van fotosynthese door de oceanische planten (fytoplankton, kelp en algenplankton).
Er is echter een groep van enkele soorten microben die in de oceaan leven en die zuurstof produceren in het donker, bij afwezigheid van zonlicht, via een ander proces dan fotosynthese. Nitrosopumilus maritimus heeft zich op basis van dit vermogen nu aangesloten bij deze groep handenvol microben.
Archaea (of archaebacteria) zijn eencellige microben die qua structuur vergelijkbaar zijn met bacteriën (vandaar dat zowel archaea als bacteriën prokaryoten zijn), maar evolutionair verschillend van bacteriën en eukaryoten, waardoor ze een derde groep levende organismen vormen. Archaea wonen in omgevingen zuurstofarm en zijn obligate anaëroben (wat betekent dat ze het normale atmosferische zuurstofniveau niet kunnen overleven), halofielen leven bijvoorbeeld in extreem zoute omgevingen, methanogenen produceren methaan, thermofielen leven in extreem hete omgevingen enz.
Ongeveer 30% van het microbiële plankton van de oceanen bestaat uit ammoniak-oxiderende archaea (AOA), die samen met nitrietoxiderende bacteriën (NOB) de belangrijkste anorganische stikstofbron in de oceaan vormen en een sleutelrol spelen in de oceanische stikstofcyclus.
Van beide beide archaea, dwz AOA en NOB is bekend dat ze afhankelijk zijn van moleculaire zuurstof (O2) bij het oxideren van ammoniak tot nitriet.
NH3 + 1.5 O2 → NEE2- + H2O+H+
Toch worden deze archaea in overvloed aangetroffen in anoxische mariene omgevingen met zeer lage of zelfs niet-detecteerbare zuurstofniveaus. Dit is zeer verrassend, vooral gezien het feit dat ze geen bekend anaëroob metabolisme hebben. Hun energiemetabolisme vereist zuurstof, maar ze worden aangetroffen in omgevingen waar zuurstof niet detecteerbaar is. Hoe doen ze dat?
Om dit te onderzoeken is de onderzoekers uitgevoerde incubaties van de archaea Nitrosopumilus maritimus bij extreem lage zuurstofconcentraties in nano (10-9) bereik. Ze ontdekten dat de archaea na zuurstofgebrek in staat waren om kleine hoeveelheden zuurstof te produceren onder anoxische omstandigheden. Ze produceerden O2 voor de oxidatie van ammoniak zelf en tegelijkertijd de reductie van nitriet tot lachgas (N2O) en distikstof (N2).
Deze studie toonde de route van anaërobe ammoniakoxidatie (hoe O2 productie door Nitrosopumilus maritimus in een zuurstofarme oceanische omgeving kunnen ze ammoniak oxideren tot nitraat om energie op te wekken). Het onthulde ook een nieuw pad van N2 productie in diepe zeezichten milieu.
***
Bronnen:
- Kraft B., c.s. 2022. Zuurstof- en stikstofproductie door een ammoniak-oxiderend archaeon. Wetenschap. 6 januari 2022. Vol 375, uitgave 6576 blz. 97-100. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe6733
- Martens-Habbena W., en Qin W., 2022. Archaeale nitrificatie zonder zuurstof. Wetenschap. 6 januari 2022. Vol 375, uitgave 6576 blz. 27-28. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn0373
***
