Օվկիանոսում թթվածնի արտադրության նոր ուղի

Որոշ մանրէներ ծովի խորքում թթվածին են արտադրում մինչ այժմ անհայտ եղանակով։ Էներգիա առաջացնելու համար «Nitrosopumilus maritimus» արխեա տեսակը թթվածնի առկայության դեպքում օքսիդացնում է ամոնիակը նիտրատի: Բայց երբ հետազոտողները փակեցին մանրէները հերմետիկ տարաներում, առանց լույսի կամ թթվածնի, նրանք դեռ կարողացան արտադրել O₂ ամոնիակի նիտրիտ օքսիդացման համար օգտագործելու համար:  

Օվկիանոսները առանցքային դեր են խաղում մթնոլորտում թթվածնի մակարդակը պահպանելու գործում։ -ի մոտ 70%-ը թթվածին մթնոլորտում արտադրվում է ծովային բույսերով, անձրևային անտառները կազմում են Երկրի թթվածնի մոտավորապես մեկ երրորդը (28%), մնացած 2 տոկոսը: Հողթթվածինը գալիս է այլ աղբյուրներից: Օվկիանոսը թթվածին է արտադրում օվկիանոսային բույսերի (ֆիտոպլանկտոն, լամինարիա և ջրիմուռ պլանկտոն) ֆոտոսինթեզի միջոցով։  

Այնուամենայնիվ, կա օվկիանոսում ապրող մի քանի տեսակների մանրէներ, որոնք թթվածին են արտադրում մթության մեջ, արևի լույսի բացակայության դեպքում, ֆոտոսինթեզից տարբերվող գործընթացի միջոցով: Nitrosopumilus maritimus այժմ միացել է այս մի բուռ մանրէների խմբին այս ունակության հիման վրա:  

Արքեաները (կամ արխեեբակտերիաները) միաբջիջ մանրէներ են, որոնք կառուցվածքով նման են բակտերիաներին (հետևաբար և՛ արխեները, և՛ բակտերիաները պրոկարիոտներ են), բայց էվոլյուցիոն առումով տարբերվում են բակտերիաներից և էուկարիոտներ, դրանով իսկ ձևավորելով կենդանի օրգանիզմների երրորդ խումբը։ Archaea-ն ապրում է միջավայրեր ցածր թթվածնով և պարտադիր անաէրոբ են (նշանակում է, որ նրանք չեն կարող գոյատևել մթնոլորտային նորմալ թթվածնի մակարդակ), օրինակ՝ հալոֆիլներն ապրում են չափազանց աղի միջավայրում, մեթանոգեններն արտադրում են մեթան, թերմոֆիլներն ապրում են չափազանց տաք միջավայրում և այլն։  

Օվկիանոսների մանրէաբանական պլանկտոնների մոտ 30%-ը կազմված է ամոնիակ օքսիդացնող արխեաներից (AOA), որոնք նիտրիտ օքսիդացնող բակտերիաների (NOB) հետ միասին ապահովում են օվկիանոսում գերակշռող անօրգանական ազոտի աղբյուրը և առանցքային դեր են խաղում օվկիանոսային ազոտի ցիկլում:  

Ինչպես հայտնի է, այս երկու արխեաները, այսինքն՝ AOA-ն և NOB-ը կախված են մոլեկուլային թթվածնից (O₂) ամոնիակը նիտրիտ օքսիդացնելու մեջ:  

NH₃ + 1.5 Օ₂ → ՈՉ₂^- + H₂O + H⁺  

Այնուամենայնիվ, այս արխեաները առատորեն հանդիպում են անօքսիկ ծովային միջավայրերում՝ շատ ցածր կամ նույնիսկ աննկատելի թթվածնի մակարդակներով: Սա շատ զարմանալի է, հատկապես հաշվի առնելով այն փաստը, որ նրանք չունեն հայտնի անաէրոբ նյութափոխանակություն: Նրանց էներգետիկ նյութափոխանակությունը պահանջում է թթվածին, սակայն դրանք հայտնաբերվում են այնպիսի միջավայրերում, որտեղ թթվածինն աննկատելի է: Ինչպե՞ս են դա անում։  

Սա հետաքննելու համար հետազոտողները իրականացրել է արխեայի ինկուբացիա Nitrosopumilus maritimus նանո-ում թթվածնի չափազանց ցածր կոնցենտրացիաների դեպքում (10^{- 9}) միջակայք. Նրանք պարզել են, որ թթվածնի սպառումից հետո արխեաները կարողացել են արտադրել փոքր քանակությամբ թթվածին անօքսիկ պայմաններում: Նրանք արտադրել են Օ₂ ամոնիակի օքսիդացման համար՝ միաժամանակ նիտրիտը վերածելով ազոտի օքսիդի (N₂O) և դիազոտ (N₂). 

Այս ուսումնասիրությունը ցույց տվեց անաէրոբ ամոնիակի օքսիդացման ուղին (ինչպես Օ₂ արտադրությունը՝ ըստ Nitrosopumilus maritimus թթվածնով սպառված օվկիանոսային միջավայրում նրանց հնարավորություն է տալիս օքսիդացնել ամոնիակը նիտրատի՝ էներգիա առաջացնելու համար): Այն նաև բացահայտեց Ն₂ արտադրությունը խորքում ծով միջավայրում. 

*** 

Աղբյուրները `  

1. Kraft B., et al 2022. Թթվածնի և ազոտի արտադրություն ամոնիակ օքսիդացնող արխեոնի միջոցով. Գիտություն. 6 Jan 2022. Vol 375, Issue 6576 էջ 97-100: DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe6733 

2. Martens-Habbena W., and Qin W., 2022. Archaeal nitriification առանց թթվածնի. Գիտություն. 6 Jan 2022. Vol 375, Issue 6576 էջ 27-28: DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn0373 

***