Sekrety symbiozy: jak drobne algi i bakterie wiążą azot dla zdrowia oceanu

WarsawNaukowcy odkryli, w jaki sposób algi morskie zdobywają niezbędny do wzrostu azot. Badacze z Instytutu Maxa Plancka, Instytutu Alfreda Wegenera oraz Uniwersytetu Wiedeńskiego ustalili, że pewien rodzaj alg, zwany morskimi okrzemkami, współpracuje z pewnym typem bakterii. Ta współpraca dostarcza znaczące ilości azotu w wielu obszarach oceanu.

Kluczowe informacje:

• Wodne okrzemki współpracują z bakteriami Rhizobium wiążącymi azot.
• Te bakterie są podobne do tych, które wspomagają rośliny strączkowe na lądzie.
• Partnerstwo to odgrywa istotną rolę w globalnym wiązaniu azotu i absorpcji dwutlenku węgla.
• Odkrycie to może prowadzić do powstania nowych technologii rolniczych.

Azot jest istotny dla wszystkich organizmów żyjących. Wspomaga wzrost roślin uprawnych oraz morskich, a te z kolei wytwarzają połowę tlenu na świecie. Jednakże rośliny nie mogą bezpośrednio korzystać z azotu zawartego w powietrzu. Rośliny strączkowe, takie jak soja i groch, mają bakterie zwane Rhizobia, które przekształcają azot w formę, którą rośliny mogą wykorzystać. Dzięki temu rośliny strączkowe są kluczowe dla produkcji żywności. Naukowcy dopiero niedawno w pełni zrozumieli, jak rośliny morskie czerpią azot.

W 2020 roku naukowcy pobrali wodę morską z regionu tropikalnego północnego Atlantyku, gdzie zachodzi intensywna fiksacja azotu morskiego. Przez trzy lata analizowali zebrane próbki. Odkryli fragmenty genów powiązane z enzymem nitrogenazą, który odpowiada za wiązanie azotu. Okazało się, że te fragmenty nie pochodzą od cyjanobakterii, które wcześniej uważano za głównych czynników fiksacji azotu w oceanie.

Fragmenty okazały się pochodzić od bakterii podobnych do Rhizobii. Zespół złożył jej genom i nazwał bakterię Candidatus Tectiglobus diatomicola. To odkrycie było pierwszym znanym przypadkiem współpracy między diatomem a niecyjanobakteryjnym wiązaczem azotu.

Zobacz również:

Dzisiaj · 09:56

Nowatorska akceptacja organów: przełom w medycynie transplantacyjnej

Naukowcy wykorzystali sondę genetyczną, aby oznaczyć Rhizobium i obserwować je w ich naturalnym środowisku. Odkryli grupy czterech bakterii Rhizobium wewnątrz okrzemek. Bakterie dostarczają okrzemkom azot w związkach nieorganicznych, otrzymując w zamian węgiel. Produkują one 100 razy więcej azotu, niż okrzemki potrzebują do wzrostu.

Nowa relacja jest powszechna w oceanach, zwłaszcza w miejscach, gdzie cyjanobakterie wiążące azot nie występują często. Te małe organizmy odgrywają ważną rolę w produktywności morskiej i wchłanianiu dwutlenku węgla z atmosfery.

Odkrycie to otwiera nowe możliwości dla rolnictwa. Morskie Rhizobia posiadają cechy podobne do tych, które występowały we wczesnych komórkach wiążących azot w cyjanobakteriach. Oznacza to, że te nowe symbionty oraz ich gospodarze - okrzemki mogą być na początkowym etapie przekształcania się w jeden organizm.

Naukowcy uważają, że małe rozmiary i komórkowe cechy morskich Rhizobia czynią je dobrymi kandydatami do tworzenia roślin wiążących azot. Może to zrewolucjonizować rolnictwo. Badacze będą kontynuować badania nad tą nową relacją i poszukiwać podobnych zjawisk w oceanie.

W badaniu uczestniczyły następujące instytucje:

• Instytut Mikrobiologii Morskiej im. Maxa Plancka, Brema, Niemcy
• Instytut Alfreda Wegenera – Centrum Badawcze Helmholtza dla Badań Polarnych i Morskich, Bremerhaven, Niemcy
• Uniwersytet Wiedeński, Wiedeń, Austria