Geheimen van symbiose: hoe kleine algen stikstof benutten met hulp van bacteriën

AmsterdamWetenschappers hebben ontdekt hoe algen in de oceaan aan de benodigde stikstof komen om te groeien. Onderzoekers van het Max Planck Instituut, Alfred Wegener Instituut en de Universiteit van Wenen ontdekten dat een soort alg, de mariene diatomee, samenwerkt met een type bacterie. Deze samenwerking levert veel stikstof voor diverse oceaangebieden.

Belangrijkste Punten:

• Marine diatomeeën vormen een duo met stikstofbindende Rhizobia-bacteriën.
• Deze bacteriën lijken op die welke peulvruchten op het land helpen.
• Deze samenwerking speelt een cruciale rol in de wereldwijde stikstofbinding en opname van koolstofdioxide.
• Deze ontdekking kan leiden tot nieuwe landbouwtechnologieën.

Stikstof is cruciaal voor alle levende wezens. Het helpt gewassen en zeeplanten groeien, en deze laatste zorgen voor de helft van de zuurstofproductie wereldwijd. Maar planten kunnen stikstof uit de lucht niet direct gebruiken. Gewassen zoals sojabonen en erwten hebben bacteriën genaamd Rhizobia die stikstof omzetten in een vorm die planten wel kunnen opnemen. Hierdoor zijn peulvruchten essentieel voor de voedselproductie. Wetenschappers hebben pas recentelijk volledig begrepen hoe zeeplanten aan hun stikstof komen.

In 2020 verzamelden wetenschappers zeewater uit de tropische Noord-Atlantische Oceaan, waar veel mariene stikstoffixatie plaatsvindt. Gedurende drie jaar onderzochten ze de monsters en ontdekten ze genetisch materiaal dat verbonden is met het nitrogenase-enzym dat stikstof bindt. Tot hun verrassing kwam dit materiaal niet van cyanobacteriën, die voorheen werden gezien als de belangrijkste stikstofbinders in de oceaan.

De fragmenten bleken afkomstig te zijn van bacteriën die vergelijkbaar zijn met Rhizobia. Het team stelde het genoom samen en gaf de bacterie de naam Candidatus Tectiglobus diatomicola. Deze ontdekking markeert de eerste bekende samenwerking tussen een diatomee en een niet-cyanobacteriële stikstoffixerende bacterie.

Lees ook:

Vandaag · 17:22

Nieuwe inzichten: chemische ontdekkingen op Charons oppervlak

Wetenschappers hebben een genetische sonde gebruikt om de Rhizobia te markeren en ze in hun natuurlijke omgeving te bestuderen. Ze ontdekten groepen van vier Rhizobia binnenin de diatomeeën. De bacteriën leveren vastgelegd stikstof aan de diatomee in ruil voor koolstof. Ze produceren honderd keer meer stikstof dan de diatomee nodig heeft voor zijn groei.

De nieuwe relatie komt veel voor in de oceaan, vooral op plekken waar stikstofbindende cyanobacteriën schaars zijn. Deze kleine organismen spelen een cruciale rol in de productiviteit van het zeeleven en het opnemen van koolstofdioxide uit de atmosfeer.

De ontdekking biedt nieuwe mogelijkheden voor de landbouw. De mariene Rhizobia hebben kenmerken die lijken op die van vroegere stikstofbindende cellen in cyanobacteriën. Dit betekent dat deze nieuwe symbionten en hun diatomeeën-gastheren zich mogelijk in de beginfase van het worden van één enkel organisme bevinden.

Wetenschappers denken dat de kleine omvang en celachtige eigenschappen van mariene Rhizobia ze tot goede kandidaten maken voor de ontwikkeling van stikstofbindende planten. Dit zou de landbouw ingrijpend kunnen veranderen. Onderzoekers zullen deze nieuwe relatie verder bestuderen en vergelijkbare verbindingen in de oceaan zoeken.

Deelnemende instellingen aan deze studie zijn:

• Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie, Bremen, Duitsland
• Alfred Wegener Instituut — Helmholtz-Centrum voor Pool- en Marien Onderzoek, Bremerhaven, Duitsland
• Universiteit van Wenen, Wenen, Oostenrijk