Ett nytt sätt att producera syre i havet

Vissa mikrober i djuphavet producerar syre på ett hittills okänt sätt. För att generera energi oxiderar archaea-arten 'Nitrosopumilus maritimus' ammoniak, i närvaro av syre, till nitrat. Men när forskare förseglade mikroberna i lufttäta behållare, utan ljus eller syre, kunde de fortfarande producera O₂ för användning vid oxidation av ammoniak till nitrit.  

Hav spelar en nyckelroll för att upprätthålla syrenivån i atmosfären. Cirka 70 % av syre i atmosfären produceras av marina växter, regnskogar står för ungefär en tredjedel (28%) av jordens syre, de återstående 2 procenten av Jordsyre kommer från andra källor. Havet producerar syre genom fotosyntes av oceaniska växter (fytoplankton, kelp och algplankton).  

Det finns dock en grupp av få arter av mikrober som lever i havet som producerar syre i mörker, i frånvaro av solljus, genom en process som skiljer sig från fotosyntes. Nitrosopumilus maritimus har nu anslutit sig till denna grupp av handfulla mikrober på grundval av denna förmåga.  

Archaea (eller archaebacteria) är encelliga mikrober som liknar bakterier i sin struktur (därav är både archaea och bakterier prokaryoter), men evolutionärt skiljer sig från bakterier och eukaryoter, vilket bildar en tredje grupp av levande organismer. Archaea bor i miljöer låg syrehalt och är obligatoriska anaerober (vilket betyder att de inte kan överleva normal atmosfärisk syrenivå), till exempel lever halofiler i extremt salta miljöer, metanogener producerar metan, termofiler lever i extremt varma miljöer etc.  

Cirka 30 % av de mikrobiella planktonerna i haven består av ammoniakoxiderande arkaea (AOA), som tillsammans med nitritoxiderande bakterier (NOB) tillhandahåller den dominerande oorganiska kvävekällan i havet och spelar en nyckelroll i oceanens kvävecykel.  

Båda dessa två arkéer, dvs AOA och NOB är kända för att vara beroende av molekylärt syre (O₂) för att oxidera ammoniak till nitrit.  

NH₃ + 1.5 O₂ → NEJ₂^- + H₂O+H⁺  

Ändå finns dessa arkéer i överflöd i anoxiska marina miljöer med mycket låga eller till och med oupptäckbara syrenivåer. Detta är mycket överraskande, särskilt med tanke på att de inte har någon känd anaerob metabolism. Deras energimetabolism kräver syre, men de finns i miljöer där syre inte går att upptäcka. Hur gör dom det?  

För att undersöka detta, forskare genomfört inkubationer av arkéerna Nitrosopumilus maritimus vid extremt låga syrekoncentrationer i nano (10^-9) intervall. De fann att efter syrebrist kunde archaea producera små mängder syre under anoxiska förhållanden. De producerade O₂ för oxidation av ammoniak själv samtidigt som nitrit reduceras till dikväveoxid (N₂O) och dikväve (N₂). 

Denna studie visade vägen för anaerob ammoniakoxidation (hur O₂ produktion av Nitrosopumilus maritimus i syrefattig havsmiljö gör det möjligt för dem att oxidera ammoniak till nitrat för att generera energi). Det avslöjade också en ny väg för N₂ produktion på djupet hav miljö. 

*** 

Källor:  

1. Kraft B., et al, 2022. Syre- och kväveproduktion av en ammoniakoxiderande arkeon. Vetenskap. 6 jan 2022. Vol 375, nummer 6576 s. 97-100. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe6733 

2. Martens-Habbena W., and Qin W., 2022. Archaeal nitrification without oxygen. Vetenskap. 6 jan 2022. Vol 375, nummer 6576 s. 27-28. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn0373 

***