Według nowego badania bakterie azotowe mogą zapobiegać odtlenianiu wód
Odtlenianie oceanów jest szeroko omawianą konsekwencją zmiany klimatu. Jednak tak samo ważny jest rozwój ich bilansu azotowego. Z jednej strony azot zawarty jest w ekskrementach, nawozach i paliwach kopalnych: w końcu trafia do rzek i oceanów, odżywia glony, które ostatecznie obumierają i opadają na dno, obniżając zawartość tlenu w wodzie. Ale z drugiej strony azot jest składnikiem odżywczym dla fitoplanktonu, co sprawia, że jest niezbędną częścią łańcucha troficznego w oceanach. Dr Carolin Löscher, adiunkt na Uniwersytecie Południowej Danii oraz koordynatorka projektu NITROX (Nitrogen regeneration under changing oxygen conditions), uważa, że badanie nielicznych bakterii, które są w stanie wiązać azot cząsteczkowy (N2), jest jednym z kluczowych sposobów na zrozumienie rozwoju oceanów. „Nadal niewiele wiemy na temat tych bakterii, ich wkładu w bilans azotowy oceanów ani sposobu, w jaki dostarczają azot glonom”. Do tej pory naukowcy byli przekonani, że bakterie azotowe można znaleźć jedynie w wodach powierzchniowych pozbawionych składników odżywczych, ale w 2014 roku dr Löscher odkryła, że występują również w głębokich wodach o niskiej zawartości tlenu u wybrzeży Peru. „Podejrzewałam, że wiązanie azotu cząsteczkowego odgrywa tak naprawdę ogromną rolę w kontrolowaniu stopnia odtleniania wód o niebezpiecznie niskiej zawartości tlenu. To by oznaczało, że cokolwiek kontroluje wiązanie N2 w tych wodach, prawdopodobnie kontroluje cały proces odtleniania”, wyjaśnia dr Löscher. Dr Löscher miała nadzieję sprawdzić tę hipotezę w ramach prac nad projektem NITROX. Zaczęła od identyfikacji mikroorganizmów wiążących N2 w rejonach o niebezpiecznie niskiej zawartości tlenu z wykorzystaniem dedykowanych metod genetyki molekularnej. Następnie określiła zakres wiązania N2 oraz zbadała jego regulację i reakcję na utratę tlenu. „Być może naszym najważniejszym odkryciem było sprzężenie zwrotne pomiędzy wiązaniem N2, produkcją pierwotną glonów i sinic, oraz ich rozkładem po obumarciu i opadnięciu na dno z wód powierzchniowych”, wyjaśnia dr Löscher. „Oznacza to, że niska zawartość tlenu sprzyja wiązaniu N2, co z kolei wpływa na wzrost glonów i w rezultacie na odtlenianie”. W teorii ten proces powinien doprowadzić do ciągłego powiększania się obszarów wód o niskiej zawartości tlenu. Ale jak pokazują wyniki projektu NITROX, tak się nie dzieje: ekstremalna anoksja spowodowana produkcją siarkowodoru zatrzymuje proces wiązania N2 i tym samym jego produkcję. „W wyniku tego nie tworzą się więcej ani nie uwalniają żadne związki organiczne, zmniejsza się więc zużycie tlenu w głębokich wodach. To pierwszy dowód na sprzężenie zwrotne napędzane przez bakterie, które może zapobiegać jednej z konsekwencji zmian klimatu, czyli odtlenianiu oceanów”, mówi dr Löscher. Istnienie mechanizmu, który jest w stanie zapobiegać zmianom klimatu, to prawdziwy przełom, co po raz kolejny pokazuje zdolność planety do samoregulacji. Dr Löscher uważa, że odkrycie jest wyjątkowe, nie umniejszając skutków zmian klimatu w wyniku działalności człowieka. Projekt NITROX wprawdzie się zakończył, ale dr Löscher zamierza kontynuować badania, skupiając się na innych rejonach o niebezpiecznie niskiej zawartości tlenu. „Chciałabym zweryfikować, czy jest to fenomen globalny lub powszechny. Oprócz tego odkryłam przesłanki wskazujące na dwa kolejne sprzężenia zwrotne, które potencjalnie zapobiegają powiększaniu się rejonów o niebezpiecznie niskiej zawartości tlenu. W związku z tym zaproponuję szeroko zakrojony projekt dotyczący połączonej mocy tych sprzężeń zwrotnych w ramach grantu ERBN dla początkujących naukowców”, podsumowuje.
Słowa kluczowe
NITROX, glony, azot, odtlenianie, zmiana klimatu, bakterie, bakterie azotowe, azot cząsteczkowy
