MISO бактериите пречистват океаните като издишват железни минерали
Международен изследователски екип, ръководен от микробиолозите Марк Мусман и Александър Лой от Виенския университет, е открил напълно нов тип микробен метаболизъм. Новоидентифицираните микроорганизми, известни като MISO бактерии, са способни да „издишват“ железни минерали чрез окисляване на токсичен сулфид.
Учените са открили, че реакцията между сероводорода – отровен газ и твърдите железни минерали, е не само химичен процес, но и биологичен. В този новоразкрит път, адаптивни микроби, живеещи в морски седименти и влажни почви, премахват токсичния сулфид и го използват като източник на енергия за растеж. Тези бактерии могат също да играят важна роля за предотвратяване на разширяването на „мъртвите зони“ с намалено съдържание на кислород във водните екосистеми.
Микробите захранват циклите на елементите на Земята
Движението на ключови елементи като въглерод, азот, сяра и желязо през околната среда се осъществява чрез така наречените биогеохимични цикли. Тези трансформации се осъществяват чрез редукционни и окислителни (редокс) реакции, които преместват елементи между въздуха, водата, почвата, скалите и живите организми. Тъй като тези цикли регулират парниковите газове, те имат пряко влияние върху климата и температурния баланс на Земята.
Микроорганизмите управляват почти всяка стъпка от тези процеси, използвайки вещества като сяра и желязо за дишане по същия начин, по който хората разчитат на кислород, за да метаболизират храната.
Сярата и желязото са особено важни за микробните съобщества, които живеят в местообитания, лишени от кислород, като океанско дъно, влажни зони и седименти. Сярата може да съществува като газ в атмосферата, като сулфат, разтворен в морска вода, или заключена в минерални находища. Желязото, от друга страна, преминава между различни химични форми в зависимост от наличието на кислород. Когато микробите преработват сярата, те често променят формата на желязото едновременно, създавайки тясно свързана връзка между двата елемента. Това свързване влияе върху кръговрата на хранителните вещества и производството или потреблението на парникови газове като въглероден диоксид и метан. Разбирането на тези връзки помага на учените да предскажат как природните системи реагират на промените в околната среда, включително замърсяването и глобалното затопляне.
Микроби, използващи желязо за елиминиране на токсичния сулфид
В бедни на кислород среди, като морски седименти, влажни зони и подземни водоносни хоризонти, някои микроби произвеждат сероводород– газ с неприятна миризма и силно токсичен. Взаимодействията между този сулфид и минералите дижелезен триоксид по същество ръжда – помагат за контролиране на нивата на сулфид. Досега учените смятаха, че този процес се случва само чрез химични реакции, които създават елементарна сяра и железен моносулфид (FeS) – черният минерал, отговорен за тъмния цвят на плажните пясъци с ниско съдържание на кислород.
„Показваме, че тази екологично важна редокс реакция не е единствено химическа.Микроорганизмите също могат да я използват за растеж “, казва Александър Лой, ръководител на изследователската група в CeMESS, Центъра за микробиология и екологични системни науки към Виенския университет.
Откритието на екипа разкрива нова форма на производство на микробна енергия, наречена MISO. Този процес свързва редукцията на дижелезен триоксид с окислението на сулфид. За разлика от чисто химичната реакция, MISO директно генерира сулфат, прескачайки междинните стъпки в цикъла на сярата. „MISO бактериите премахват токсичния сулфид и могат да помогнат за предотвратяване на разширяването на така наречените „мъртви зони“ във водна среда, като същевременно фиксират въглероден диоксид за растеж, подобно на растенията“, добавя Марк Мусман, старши учен в CeMESS.
Бърз, широко разпространен процес, който оформя планетата
В лабораторни експерименти изследователите установили, че MISO реакцията, осъществявана от микроби, протича по-бързо от същата реакция, когато протича химично. Това показва, че микроорганизмите вероятно са основната сила зад тази трансформация в естествена среда. „Различни бактерии и археи притежават генетичния капацитет за MISO и те се срещат в широк спектър от естествени и създадени от човека среди“,обяснява водещият автор Сонг-Кан Чен.
Според проучването, MISO активността в морските седименти може да е причина за до 7% от цялото глобално окисление на сулфиди до сулфати. Този процес се подхранва от постоянния поток от реактивно желязо, постъпващо в океаните от реки и топящи се ледници. Изследването, подкрепено от Австрийския научен фонд (FWF) като част от клъстера за върхови постижения „Микробиомите задвижват планетарното здраве“, идентифицира нов биологичен механизъм, свързващ цикъла на сяра, желязо и въглерод в безкислородна среда.
„Това откритие демонстрира метаболитната изобретателност на микроорганизмите и подчертава тяхната незаменима роля във формирането на глобалните цикли на елементите на Земята“, заключава Александър Лой.
Източник на материала: Sciencedaily
Източник на изображения: Pixabay
