روشی جدید برای تولید اکسیژن در اقیانوس

برخی از میکروب ها در اعماق دریا اکسیژن را به روشی ناشناخته تولید می کنند. به منظور تولید انرژی، گونه باستانی "Nitrosopumilus maritimus" آمونیاک را در حضور اکسیژن به نیترات اکسید می کند. اما زمانی که محققان میکروب‌ها را در ظروف دربسته و بدون نور یا اکسیژن مهر و موم کردند، همچنان توانستند O را تولید کنند.₂ برای استفاده در اکسیداسیون آمونیاک به نیتریت.  

اقیانوس ها نقش کلیدی در حفظ سطح اکسیژن در جو دارند. حدود 70 درصد از اکسیژن در جو توسط گیاهان دریایی تولید می شود، جنگل های بارانی تقریباً یک سوم (28٪) اکسیژن زمین را تشکیل می دهند و 2 درصد باقی مانده از اکسیژن زمین را تشکیل می دهند. زمیناکسیژن از منابع دیگر می آید. اقیانوس از طریق فتوسنتز توسط گیاهان اقیانوسی (فیتوپلانکتون، کلپ و پلانکتون جلبکی)، اکسیژن تولید می کند.  

با این حال، گروهی از گونه‌های معدودی از میکروب‌ها در اقیانوس زندگی می‌کنند که در تاریکی، در غیاب نور خورشید، از طریق فرآیندی متفاوت از فتوسنتز، اکسیژن تولید می‌کنند. نیتروسوپولیوس ماریتیموس اکنون بر اساس این توانایی به این گروه از میکروب ها پیوسته است.  

آرکیا (یا باستان‌باکتری‌ها) میکروب‌های تک سلولی هستند که از نظر ساختار شبیه باکتری‌ها هستند (از این رو هم آرکی و هم باکتری‌ها پروکاریوت هستند)، اما از نظر تکاملی با باکتری‌ها و باکتری‌ها متفاوت هستند. یوکاریوت ها، بنابراین گروه سومی از موجودات زنده را تشکیل می دهند. آرکیا در محیط اکسیژن کم و بی هوازی اجباری هستند (به این معنی که نمی توانند در سطح عادی اکسیژن اتمسفر زنده بمانند)، به عنوان مثال، هالوفیل ها در محیط های بسیار شور زندگی می کنند، متانوژن ها متان تولید می کنند، گرما دوست ها در محیط های بسیار گرم و غیره زندگی می کنند.  

حدود 30 درصد از پلانکتون‌های میکروبی اقیانوس‌ها از آرکی‌های اکسیدکننده آمونیاک (AOA) تشکیل شده‌اند که همراه با باکتری‌های اکسیدکننده نیتریت (NOB) منبع نیتروژن معدنی غالب در اقیانوس‌ها هستند و نقش کلیدی در چرخه نیتروژن اقیانوسی دارند.  

هر دو این دو باستان، یعنی AOA و NOB به اکسیژن مولکولی وابسته هستند (O₂) در اکسید کردن آمونیاک به نیتریت.  

NH₃ + 1.5 درجه₂ → نه₂^- + H₂O+H⁺  

با این حال، این باستان‌ها به وفور در محیط‌های دریایی بدون اکسیژن با سطوح اکسیژن بسیار کم یا حتی غیرقابل تشخیص یافت می‌شوند. این بسیار تعجب آور است، به ویژه با توجه به این واقعیت که آنها متابولیسم بی هوازی شناخته شده ای ندارند. متابولیسم انرژی آنها به اکسیژن نیاز دارد، با این حال آنها در محیط هایی یافت می شوند که اکسیژن قابل تشخیص نیست. چگونه این کار را انجام می دهند؟  

برای بررسی این موضوع، محققان انکوباسیون باستانی انجام شد نیتروسوپولیوس ماریتیموس در غلظت های بسیار کم اکسیژن در نانو (10^-9) دامنه. آنها دریافتند که پس از کاهش اکسیژن، باستانی ها قادر به تولید مقادیر کمی اکسیژن در شرایط بدون اکسیژن هستند. آنها O را تولید کردند₂ برای اکسیداسیون خود آمونیاک در حالی که به طور همزمان نیتریت را به اکسید نیتروژن کاهش می دهد (N₂O) و دی نیتروژن (N₂). 

این مطالعه مسیر اکسیداسیون بی هوازی آمونیاک را نشان داد (چگونه O₂ تولید توسط نیتروسوپولیوس ماریتیموس در محیط های اقیانوسی ضعیف شده با اکسیژن، آنها را قادر می سازد تا آمونیاک را به نیترات اکسید کنند تا انرژی تولید کنند). همچنین مسیر جدیدی از N را کشف کرد₂ تولید در عمق دریا محیط زیست است. 

*** 

منابع:  

1. کرافت بی.، و همکاران 2022. تولید اکسیژن و نیتروژن توسط آرکئون اکسید کننده آمونیاک. علوم پایه. 6 Jan 2022. ج 375، ش 6576 ص 97-100. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe6733 

2. Martens-Habbena W. و Qin W.، 2022. نیتریفیکاسیون باستانی بدون اکسیژن. علوم پایه. 6 Jan 2022. ج 375، ش 6576 ص 27-28. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn0373 

***