Symbiotiska hemligheter: avslöja hur små alger fixerar kväve för ett friskt hav

StockholmForskare har upptäckt hur alger i havet får det kväve de behöver för att växa. Forskare från Max Planck-institutet, Alfred Wegener-institutet och Wiens universitet har funnit att en typ av alg som kallas marina diatomer samarbetar med en typ av bakterie. Detta samarbete ger mycket av kvävet i många havsområden.

Viktiga punkter:

• Marina kiselalger samarbetar med kvävefixerande Rhizobia-bakterier.
• Dessa bakterier liknar de som hjälper baljväxter på land.
• Partnerskapet har en betydande roll i global kvävefixering och koldioxidupptag.
• Denna upptäckt kan leda till nya jordbruksteknologier.

Kväve är viktigt för alla levande varelser. Det hjälper både grödor och oceanväxter att växa, och dessa havsväxter producerar hälften av världens syre. Men växter kan inte använda kväve direkt från luften. Gröder som sojabönor och ärtor har bakterier som kallas Rhizobia som omvandlar kväve till en form som växter kan använda. Detta gör baljväxter viktiga för matproduktion. Fram till nu har forskare inte helt förstått hur marina växter får sitt kväve.

År 2020 samlade forskare in havsvatten från den tropiska delen av Norra Atlanten, ett område med mycket marin kvävefixering. De ägnade tre år åt att studera proverna. Forskarna upptäckte genfragment kopplade till enzymet nitrogenas, som står för kvävefixeringen. Dessa fragment kom inte från cyanobakterier, vilka tidigare ansågs vara de främsta kvävefixerarna i havet.

Fragmenten visade sig komma från bakterier liknande Rhizobia. Forskarna satte samman dess genom och namngav bakterien Candidatus Tectiglobus diatomicola. Denna upptäckt var det första kända samarbetet mellan en kiselalg och en icke-cyanobakteriell kvävefixerare.

Läs också:

Idag · 09:56

En ny era för organacceptans genom nanoteknik

Forskare använde en genetisk sond för att märka Rhizobia och observera dem i deras naturliga miljö. De upptäckte grupper av fyra Rhizobia inuti kiselalgerna. Bakterierna förser kiselalgen med fixerat kväve och får kol i gengäld. De producerar 100 gånger mer kväve än vad kiselalgen behöver för sin tillväxt.

Denna nya relation är vanlig i havet. Den förekommer särskilt i områden där kvävefixerande cyanobakterier inte är vanliga. Dessa små organismer är viktiga för produktiviteten i havet och för att absorbera koldioxid från atmosfären.

Upptäckten öppnar nya möjligheter för jordbruket. De marina Rhizobia har egenskaper som liknar de tidiga kvävefixerande cellerna i cyanobakterier. Detta innebär att dessa nya symbionter och deras diatomvärdar kan vara i de första stadierna av att bli en enda organism.

Forskare tror att den lilla storleken och cell-liknande egenskaper hos marina Rhizobia gör dem till bra kandidater för att skapa kvävefixerande växter. Detta kan förändra jordbruket. Forskarna kommer att fortsätta studera denna nya relation och leta efter liknande i havet.

Deltagande institutioner i denna studie var följande:

• Max Planck-institutet för marin mikrobiologi, Bremen, Tyskland
• Alfred Wegener-institutet – Helmholtz-centret för polar- och marina studier, Bremerhaven, Tyskland
• Universitetet i Wien, Wien, Österrike