Eine neue neuartige Art der Sauerstoffproduktion im Ozean

Einige Mikroben in der Tiefsee produzieren auf bisher unbekannte Weise Sauerstoff. Zur Energiegewinnung oxidiert die Archaea-Art 'Nitrosopumilus maritimus' Ammoniak in Gegenwart von Sauerstoff zu Nitrat. Aber als die Forscher die Mikroben in luftdichten Behältern ohne Licht oder Sauerstoff versiegelten, konnten sie immer noch O produzieren₂ zur Verwendung bei der Oxidation von Ammoniak zu Nitrit.  

Ozeane spielen eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre. Etwa 70 % der Sauerstoff in der Atmosphäre wird von Meerespflanzen produziert, Regenwälder machen etwa ein Drittel (28%) des Sauerstoffs der Erde aus, die restlichen 2 Prozent Die Erde s Sauerstoff kommt aus anderen Quellen. Der Ozean produziert Sauerstoff durch Photosynthese durch die ozeanischen Pflanzen (Phytoplankton, Seetang und Algenplankton).  

Es gibt jedoch eine Gruppe von wenigen Arten von Mikroben, die im Ozean leben, die im Dunkeln, ohne Sonnenlicht, durch einen anderen Prozess als die Photosynthese Sauerstoff produzieren. Nitrosopumilus maritimus hat sich aufgrund dieser Fähigkeit nun dieser Gruppe von Handvoll Mikroben angeschlossen.  

Archaeen (oder Archaebakterien) sind einzellige Mikroben, die in ihrer Struktur Bakterien ähneln (daher sind sowohl Archaeen als auch Bakterien Prokaryoten), unterscheiden sich jedoch evolutionär von Bakterien und Bakterien Eukaryotenund bilden somit eine dritte Gruppe lebender Organismen. Archaeen leben darin Umgebungen sauerstoffarm und sind obligate Anaerobier (was bedeutet, dass sie den normalen atmosphärischen Sauerstoffgehalt nicht überleben können), zum Beispiel leben Halophile in extrem salzhaltigen Umgebungen, Methanogene produzieren Methan, Thermophile leben in extrem heißen Umgebungen usw.  

Etwa 30 % des mikrobiellen Planktons der Ozeane bestehen aus ammoniakoxidierenden Archaeen (AOA), die zusammen mit nitritoxidierenden Bakterien (NOB) die vorherrschende anorganische Stickstoffquelle im Ozean darstellen und eine Schlüsselrolle im ozeanischen Stickstoffkreislauf spielen.  

Es ist bekannt, dass diese beiden Archaeen, dh AOA und NOB, auf molekularen Sauerstoff (O₂) bei der Oxidation von Ammoniak zu Nitrit.  

NH₃ + 1.5 O₂ → NEIN₂^- + H₂O + H⁺  

Dennoch kommen diese Archaeen in Hülle und Fülle in anoxischen Meeresumgebungen mit sehr niedrigen oder sogar nicht nachweisbaren Sauerstoffwerten vor. Dies ist sehr überraschend, insbesondere im Hinblick auf die Tatsache, dass sie keinen bekannten anaeroben Stoffwechsel haben. Ihr Energiestoffwechsel benötigt Sauerstoff, dennoch findet man sie in Umgebungen, in denen Sauerstoff nicht nachweisbar ist. Wie machen Sie das?  

Um dies zu untersuchen, die Forscher Inkubationen der Archaeen durchgeführt Nitrosopumilus maritimus bei extrem niedrigen Sauerstoffkonzentrationen im Nano (10^-9) Palette. Sie fanden heraus, dass die Archaeen nach Sauerstoffmangel in der Lage waren, unter anoxischen Bedingungen kleine Mengen Sauerstoff zu produzieren. Sie produzierten O₂ zur Oxidation von Ammoniak selbst bei gleichzeitiger Reduktion von Nitrit zu Lachgas (N₂O) und Distickstoff (N₂). 

Diese Studie zeigte den Weg der anaeroben Ammoniakoxidation (wie O₂ Produktion von Nitrosopumilus maritimus in sauerstoffarmer ozeanischer Umgebung ermöglicht es ihnen, Ammoniak zu Nitrat zu oxidieren, um Energie zu erzeugen). Es deckte auch einen neuen Weg von N auf₂ Produktion in der Tiefe Meer Umwelt. 

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Quellen:  

1. Kraft B., et al 2022. Sauerstoff- und Stickstoffproduktion durch ein Ammoniak-oxidierendes Archaeon. Wissenschaft. 6. Januar 2022. Bd. 375, Ausgabe 6576, S. 97-100. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe6733 

2. Martens-Habbena W. und Qin W., 2022. Archaeale Nitrifikation ohne Sauerstoff. Wissenschaft. 6. Januar 2022. Band 375, Ausgabe 6576, S. 27-28. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn0373 

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