Mořské mikroorganismy – účinní recyklátoři odpadu

Tým vědců z Biologického centra Akademie věd v Českých Budějovicích, Centra pro výzkum mořského prostředí MARUM (Brémy, Německo) a Institutu Maxe Plancka pro mořskou mikrobiologii (Brémy, Německo) nedávno objevil v oceánu malé jednobuněčné organismy – thaumarchaea. Velikost jejich populace byla odhadnuta zhruba na sto kvadriliard buněk, což z nich činí jedny z  nejpočetnějších organizmů žijících na Zemi. Tito mořští rozkladači recyklují přibližně 5 % uhlíku a fosforu uloženého v mořských řasách a ročně tak do oceánu uvolňují obrovská množství (miliardy kilogramů) rozpuštěné organické hmoty. Výsledky byly publikovány v prestižním vědeckém časopise Science Advances.

Velký úspěch mořských thaumarchaeí pramení z jejich schopnosti přeměnit stopové množství amoniaku na dusitany, čímž získávají dostatek energie k ukládání uhlíku a k tvorbě biomasy i bez přístupu slunečního záření. Tento proces, nazývaný nitrifikace, využívá chemickou energii, která původně vznikla při fotosyntéze mořských řas a je jednou z hlavních částí globálního koloběhu živin. 

Thaumarchaea nalezneme v celém oceánu. Při jejich obrovských počtech tak významně přispívají k celosvětovému koloběhu uhlíku a dusíku,“ říká Travis Meador, hlavní vedoucí výzkumu. To, v jakém množství je uhlík (C) ukládán při nitrifikaci, je závislé na množství organického dusíku (N), který se vytváří během fotosyntézy, fyziologickým propojením nitrifikace a asimilace uhlíku (C), a také jejich schopností získat fosfor (P). 

Recyklace energie v oceánech

Thaumarchaea se mohou pochlubit systémem enzymů, který jim umožňuje hojně přijímat amoniak a nejúčinněji ukládat uhlík za přítomnosti kyslíku. “Díky této adaptaci jsou thaumarchaea největším recyklátorem energie v  oceánech, v čemž mohou dokonce překonat bakterie, a to především v  hlubokém oceánu, kde chybí zdroje energie,” říká Travis Meador. „Naši kolegové předpokládají, že většina organického dusíku v oceánech, který klesne do hloubek pod 200 metrů, se stává zdrojem energie právě pro tyto thaumarchaea. Zatímco globální respirace dusíku a dalších plynů z  oceánů se zkoumá už několik desetiletí, stále neexistovaly důkazy o propojení oxidace amoniaku s globální fixací uhlíku. Tedy až dosud.“ 

Potřeba fosforu 

Kromě své důležité role v chemické přeměně látek v hlubokém oceánu se thaumarchaea hojně vyskytují i v eufotické zóně (do 200 metrů hloubky), kde se většina organické hmoty rozloží na oxid uhličitý CO2 nebo amoniak. Ve skutečnosti by se měla nejvyšší koncentrace amoniaku vyskytovat právě na rozhraní eufotické zóny, kde se bakterie živí potápějící se biomasou, vytvořenou v teplé horní vrstvě, pod níž s  klesající hloubkou rychle klesá i teplota vody. Právě v této přechodové vrstvě mezi dvěma vrstvami s rozdílnými teplotami vody, tzv. termoklině, je známá vysoká proměnlivost koncentrací a času rozkladu další důležitého nutričního prvku – fosforu (P). Vědci se tak zaměřili i na to, zda dostupnost fosforu pro thaumarchaea může přispět k lepší recyklaci v povrchové vrstvě oceánu. 

Ukládají třikrát více uhlíku, než se předpokládalo

Studie přinesla zásadní zjištění o tom, že úroveň celosvětové fixace uhlíku pomocí těchto mikrobů (thaumarchaeí) je přinejmenším třikrát vyšší, než se dosud předpokládalo. Navíc je nyní možné asimilaci uhlíku a fosforu u mořských archeí modelovat jako přímo úměrnou ke známému remineralizačnínu poměru stanovenému Alfredem Redfieldem v polovině 20. století. Výzkumníci dále zjistili, že mořský mikrob Nitrosopumilus maritimus velmi dobře váže fosfáty ze svého okolí. To je ovšem vykoupeno sníženou schopností vázání uhlíku přibližně o 30 %. Tyto výsledky tak mohou vysvětlovat veliký rozptyl hodnot specifických chemických procesů pozorovaných na povrchu oceánu. Jak shrnuje Travis Meador: „Ve srovnání s  hlavním zásobníkem rozpuštěných organických živin v oceánu je příspěvek thaumarchaeí k přeměně chemických látek menší, ale představuje zcela nový tok nestabilních sloučenin v oceánu.”

Zdroj: bc.cas.cz

Ilustrační foto:pixabay.com