כמה חיידקים בים העמוק מייצרים חמצן באופן שלא היה ידוע עד כה. על מנת להפיק אנרגיה, זן הארכיאה 'Nitrosopumilus maritimus' מחמצן אמוניה, בנוכחות חמצן, לחנקה. אבל כאשר חוקרים חתמו את החיידקים במיכלים אטומים, ללא אור או חמצן, הם עדיין הצליחו לייצר O2 לשימוש בחמצון אמוניה לניטריט.
האוקיינוסים ממלאים תפקיד מפתח בשמירה על רמת החמצן באטמוספירה. בערך 70% מה חמצן באטמוספירה מיוצרת על ידי צמחים ימיים, יערות הגשם מהווים כשליש (28%) מהחמצן של כדור הארץ, 2 האחוזים הנותרים כדור הארץהחמצן של מגיע ממקורות אחרים. האוקיינוס מייצר חמצן באמצעות פוטוסינתזה על ידי הצמחים האוקיינוסים (פיטופלנקטון, אצות ופלנקטון אצות).
עם זאת, ישנה קבוצה של מעט מינים של חיידקים החיים באוקיינוס המייצרים חמצן בחושך, בהיעדר אור שמש, בתהליך שונה מפוטוסינתזה. Nitrosopumilus maritimus הצטרף כעת לקבוצה זו של קומץ חיידקים על בסיס היכולת הזו.
Archaea (או ארכאיבקטריה) הם חיידקים חד-תאיים הדומים לחיידקים במבנה (ולכן גם ארכאה וגם חיידקים הם פרוקריוטים), אך שונים מבחינה אבולוציונית מחיידקים ו אקריוטים, ובכך יוצרים קבוצה שלישית של אורגניזמים חיים. ארכאה מתגוררת סביבות דלים בחמצן והם אנאירובים מחייבים (כלומר שהם לא יכולים לשרוד רמת חמצן אטמוספרית נורמלית), למשל, הלופילים חיים בסביבות מלוחות במיוחד, מתנוגנים מייצרים מתאן, תרמופילים חיים בסביבות חמות במיוחד וכו'.
כ-30% מהפלנקטונים המיקרוביאליים של האוקיינוסים מורכבים מארכיאה מחמצנת אמוניה (AOA), אשר יחד עם חיידקי חמצון ניטריט (NOB) מספקים את מקור החנקן האנא-אורגני השולט באוקיינוס וממלאים תפקיד מפתח במחזור החנקן האוקיאני.
ידוע ששתי הארכיאות הללו, כלומר, AOA ו-NOB תלויות בחמצן מולקולרי (O2) בחמצון אמוניה לניטריט.
NH3 + 1.5 O.2 → לא2- + H2O+H+
עם זאת, הארכאות הללו נמצאות בשפע בסביבות ימיות אנוקסיות עם רמות חמצן נמוכות מאוד או אפילו בלתי ניתנות לזיהוי. זה מאוד מפתיע, במיוחד לאור העובדה שאין להם חילוף חומרים אנאירובי ידוע. חילוף החומרים האנרגטי שלהם דורש חמצן, אך הם נמצאים בסביבות שבהן חמצן אינו ניתן לזיהוי. איך הם עושים את זה?
כדי לחקור זאת, ה חוקרים ביצעו דגירות של הארכאה Nitrosopumilus maritimus בריכוזי חמצן נמוכים במיוחד בננו (10-9) טווח. הם גילו שאחרי דלדול החמצן, הארכאה הצליחה לייצר כמויות קטנות של חמצן בתנאים אנוקסיים. הם ייצרו O2 לחמצון האמוניה עצמה ובו זמנית הפחתת ניטריט לתחמוצת חנקן (N2O) ודיניטרוגן (N2).
מחקר זה הראה מסלול של חמצון אנאירובי של אמוניה (איך O2 ייצור מאת Nitrosopumilus maritimus בסביבה אוקיאנית מדולדלת חמצן מאפשרת להם לחמצן אמוניה לחנקה כדי לייצר אנרגיה). זה גם חשף מסלול חדש של N2 ייצור לעומק ים סביבה.
***
מקורות:
- קראפט ב., ואח' 2022. ייצור חמצן וחנקן על ידי ארכיאון מחמצן אמוניה. מַדָע. 6 בינואר 2022. כרך 375, גיליון 6576 עמ' 97-100. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe6733
- Martens-Habbena W., and Qin W., 2022. ניטריפיקציה ארכאית ללא חמצן. מַדָע. 6 בינואר 2022. כרך 375, גיליון 6576 עמ' 27-28. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn0373
***
