Ny forskning: Diatom-bakteriesamarbete avslöjar hur kväve fungerar i oceanerna

StockholmForskare har upptäckt ett oväntat samarbete i havet. Forskare från Max Planck-institutet, Alfred Wegener-institutet och Wiens universitet förklarade hur marina kiselalger får det kväve som behövs för att växa. Detta samarbete mellan en marin kiselalg och en bakterie spelar en viktig roll i tillförseln av kväve till världshaven, vilket påverkar marint liv globalt.

Detta är viktigt av flera skäl:

• Kväve är en nödvändig komponent för växters tillväxt, både på land och i havet.
• Atmosfäriskt kväve måste omvandlas till en användbar form som kallas ammonium, och detta sker genom kvävefixerande bakterier.
• Medan vissa grödor har Rhizobia-bakterier som partner för kvävefixering, var det tidigare oklart hur marina kiselalger fick sitt kväve tills nu.

Den nya studien visar att Rhizobia, som vanligtvis lever i symbios med växter som sojabönor, även kan leva med marina diatomer. Denna upptäckt besvarar en gammal fråga och kan bidra till förbättrad jordbruksproduktion.

Forskare trodde tidigare att cyanobakterier var de främsta organismerna som fixerar kväve i havet. Men kvävenivåerna som observerades på många platser stämde inte överens med denna teori. Senare upptäckte forskare genfragment kopplade till kvävefixering i andra mikroorganismer, men de kunde inte identifiera vilken organism som var ansvarig.

År 2020 samlade forskare från Bremen och tropiska Nordatlanten in prover av havsvatten. Under de följande tre åren satte de noggrant ihop den genetiska koden för en mystisk kvävefixerande bakterie. Denna bakterie, som liknar Rhizobia, kan leva i symbios med andra organismer.

Läs också:

Idag · 00:09

Säsongsbundna humörmönster avslöjas med digitala verktyg

Teamet utvecklade ett verktyg för att studera Rhizobia i dess naturliga miljö. De upptäckte att bakterien lever inne i kiselalger och gav den namnet Candidatus Tectiglobus diatomicola. Med hjälp av nanoSIMS-teknik fann de att Rhizobia byter fixerat kväve med kiselalgen mot kol. Bakterien producerar mer kväve än vad den behöver, vilket hjälper kiselalgen att växa.

Forskare har upptäckt att samarbetet mellan kiselalger och bakterier är vanligt i havet, särskilt där det finns få cyanobakterier. Detta innebär att de är viktiga för kvävefixering och den marina produktiviteten. Dessa upptäckter hjälper oss att bättre förstå marina ekosystem och hur haven absorberar koldioxid.

Ur ett evolutionärt perspektiv är denna relation intressant. Den liknar den tidiga bildningen av organeller i cyanobakterier och kan peka på en liknande evolutionär process. Den lilla storleken och organell-liknande egenskaper hos marina Rhizobiales antyder att de kan användas för att skapa kvävefixerande växter genom ingenjörskonst.

Upptäckten av samarbetet mellan kiselalger och Rhizobia löser en stor gåta i havet och kan också ha fördelar inom jordbruket. Forskare kommer att fortsätta studera detta samarbete och leta efter fler exempel i havet. De institutioner som är involverade i denna forskning är Max Planck-institutet för marin mikrobiologi, Alfred Wegener-institutet och Wiens universitet.