Különös mikrobákat találtak az óceánban, fény nélkül termelik az oxigént

Egy archae illusztrációja

Eddig azt hittük, néhány extrém kivételtől eltekintve csak a fotoszintetizáló élőlények képesek oxigént előállítani, de kiderült: a mélytengerekben bőségesen élnek olyan mikrobák, amelyek fény nélkül termelnek oxigént. A tény még akkor is meglepő, ha az így termelt oxigén nem sok, ugyanazok a baktériumok rögtön fel is használják.

Nem lenne a Földön oxigén napsütés nélkül, ami a fotoszintézis elengedhetetlen feltétele. A Dél-Dániai Egyetem kutatói azonban most azt a meglepő felfedezést tették, hogy napfény nélkül is termelődik oxigén a bioszférában, méghozzá valószínűleg mélyen az óceán felszíne alatt. Több minden zajlik ezekben a sötét mélységekben, mint legtöbbünk gondolná: a mérhetetlen vízoszlopok temérdek, szabad szemmel láthatatlan mikroorganizmusnak adnak otthont, s ezek némelyike mindeddig váratlan módon állít elő oxigént.

A Science folyóiratban megjelent munkát vezető szerzőként a Dél-Dániai Egyetem két munkatársa, Beate Kraft és Donald E. Canfield jegyzi. Kraft az egyetem biológia tanszékén tanít, fő kutatási területe a mikrobák élettana és biokémiája, Canfield pedig ugyanott az ökológia professzora.

A földi élethez oly nélkülözhetetlen oxigént javarészt a növények, moszatok és kékbaktériumok állítják elő fotoszintézis révén. Ugyan korábban is ismertünk már néhány olyan mikrobát, amely napfény nélkül képes oxigént termelni, ezek csak kisebb számban és nagyon speciális élőhelyeken fordulnak elő a bolygón. Ellenben a most jellemzett Nitrosopumilus maritimus és rokonsága, összefoglalóan az ammónia-oxidáló ősbaktériumok (archaeák) csak úgy hemzsegnek a világóceánokban.

„Ezek a lények bőségesen benépesítik a tengereket, ahol fontos szerepet töltenek be a nitrogén körforgásában. Ehhez azonban oxigénre van szükségük, ezért régóta foglalkoztatja a tudósokat a rejtély, hogy hogyan nyüzsöghetnek olyan vizekben is, ahol egyáltalán nincs oxigén – ismertette Kraft. – Eddig azt gondoltuk, csak úgy ott vannak, mindenféle funkció nélkül. Biztos afféle szellemsejtek." De végig ott lappangott a nyugtalanító érzés, hogy ennél többről lehet szó.

Ezek a mikrobák annyira gyakoriak, hogy egy tetszőleges vödör tengervízben minden ötödik sejt ilyen"

– érzékelteti Canfield, miért volt gyanús a szellem-hipotézis, és mi hajtotta őket annak felkutatására, vajon hogyan funkcionálhatnak mégis a Nitrosopumilus-ok és rokonaik az oxigénmentes vizekben.

Archaea illusztrációja Forrás: Science Photo Library via AFP/MEHAU KULYK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Mehau Kulyk/Science Photo Librar

Kraft úgy döntött, hogy a laboratóriumban jár utána a kérdésnek. „Szerettük volna látni, mi történik akkor, amikor kifutnak az oxigénből – ugyanúgy, mint amikor az oxigénben gazdag vizekből az oxigénszegényekbe sodródnak. Vajon túlélnek?"

Végignéztük, ahogy elhasználják a vízből az összes oxigént. Aztán perceken belül újra emelkedni kezdett az oxigénszint. Rendkívül izgalmas volt!"

– emlékszik vissza Canfield.

Kiderült, hogy a Nitrosopumilus maritimus a sötét környezetben képes oxigént előállítani.

Nem sokat – távolról sem annyit, amennyivel a légköri oxigénszintet befolyásolhatná, de eleget ahhoz, hogy a saját folyamatos működését biztosítsa. „Még ha kicsivel több oxigént termelnének is annál, amennyire szükségük van, a felesleget a körülöttük lévő organizmusok azonnal felvennék, így ez az oxigén sosem hagyná el az óceánt" – magyarázta Kraft. De milyen hatással bírnak akkor a környezetükre ezek a roppant nagy számban előforduló oxigéntermelő mikrobák?

A kutatók előtt ismeretes volt, hogy az ammónia-oxidáló archaeák olyan mikroorganizmusok, amelyek mozgásban tartják a globális nitrogénkörforgást, de nem voltak tisztában valamennyi képességükkel. Az újonnan felfedezett biokémiai útvonalon a Nitrosopumilus maritimus az oxigéntermelést gázállapotú elemi nitrogén termelésével kapcsolja össze. Az utóbbi részfolyamat kivonja a biológiailag elérhető nitrogént a környezetből.

„Ha ez az anyagcsereforma elterjedt az óceánokban, feltétlenül újra kell gondolnunk mindent, amit a tengeri nitrogénkörforgásról eddig tudtunk – szögezi le Kraft. – A következő lépésben az a tervem, hogy a laboratóriumi sejttenyészeteinkben megfigyelt jelenséget a világ óceánjainak különböző pontjain, természetesen oxigénmentes vizekben is tanulmányozzam." A kutatócsoport már vett is mintákat a dániai Mariager-fjord vizéből, és hamarosan továbbállnak Mexikó és Costa Rica partmenti vizei felé.