Микробы в океанских глубинах могут производить кислород без солнца. Это открытие может иметь огромное значение

Для большинства живых организмов на Земле необходим кислород, а для его производства обычно требуется солнечный свет. Но в результате удивительного эксперимента исследователи обнаружили, что обычный микроб, обитающий в океане, нарушает все правила.

Ученые обнаружили, что микроб под названием Nitrosopumilus maritimus и несколько его родственников, называемых аммиачно-окисляющими археями (AOA), способны выживать в темной, обедненной кислородом среде, самостоятельно вырабатывая кислород. Для этого они используют биологический процесс, который ранее не наблюдался.

Хотя ранее было установлено, что эти микробы могут жить в условиях дефицита кислорода, до сих пор не было ясно, чем они там занимаются и как им удается оставаться в живых так долго, как они это делают. Это и послужило вдохновением для нового исследования.

"Этих организмов очень много в океанах, где они играют важную роль в азотном цикле", - говорит микробиолог Беате Крафт из Университета Южной Дании.

"Для этого им необходим кислород, поэтому долгое время оставалось загадкой, почему они также очень многочисленны в водах, где нет кислорода. Мы подумали: неужели они просто болтаются там без всякой функции? Может быть, это своего рода клетки-призраки?".

Возьмите ведро морской воды из океана, и каждая пятая клетка будет представлять собой один из этих организмов - настолько они распространены. В данном случае исследователи извлекли микробы из их естественной среды обитания и перенесли их в лабораторию.

Команда хотела поближе рассмотреть, что произойдет, когда весь доступный кислород закончится, а солнечного света для производства нового кислорода не будет. Такой же сценарий происходит, когда N. maritimus перемещается из богатых кислородом вод в воды с пониженным содержанием кислорода.

Они обнаружили нечто неожиданное: микроорганизмы вырабатывали свой собственный кислород для создания нитритов, а побочным продуктом был газ азот (динитроген).

"Мы увидели, как они израсходовали весь кислород в воде, а затем, к нашему удивлению, в течение нескольких минут уровень кислорода снова начал расти", - говорит геобиолог Дон Кэнфилд из Университета Южной Дании. "Это было очень интересно".

На данный момент исследователи не могут точно сказать, как микробам удается проделать этот трюк, и количество вырабатываемого кислорода, по-видимому, относительно невелико (достаточно для выживания), но, похоже, оно отличается от нескольких процессов получения кислорода без солнечного света, о которых мы уже знаем.

Новый путь показывает, что производство кислорода N. maritimus связано с производством газообразного азота. Микробы каким-то образом преобразуют аммиак (NH3) в нитрит (NO2-) - процесс, который они используют для получения энергии - в условиях недостатка кислорода.

В свою очередь, это требует от них производства собственного кислорода, следы которого группа обнаружила вместе с побочным продуктом - газообразным азотом (N2).

Этот процесс удаляет биодоступный азот из окружающей среды - и это новый поворот в круговороте азота, который лежит в основе всех экосистем. Это открытие может иметь "далеко идущие" последствия, и это требует дальнейшего изучения.

"Если такой образ жизни широко распространен в океанах, это, безусловно, заставляет нас пересмотреть наше нынешнее понимание морского азотного цикла", - говорит Крафт.

"Следующим моим шагом будет исследование феномена, который мы наблюдали в наших лабораторных культурах в водах с пониженным содержанием кислорода в различных точках океана по всему миру".

Исследование было опубликовано в журнале Science.