Logo bio-infomedia.ro

Microorgansime fixatoare de azot, găsite în Oceanul Antarctic

Aisberg în Golful Andord
Un aisberg plutește în Golful Andord din Graham Land, Antarctica. | Foto: ISTOCK

Este o problemă pe care toate formele de viață de pe Pământ trebuie să o rezolve: de unde să-și procure azotul. De la plante la oameni, acest element este crucial pentru structura ADN-ului, proteinelor și a altor biomolecule.

Carbonul, azotul și fosforul sunt cele trei elemente care sunt absolut necesare pentru existența biomasei, a declarat Connie Lovejoy, ecolog la Universitatea Laval din Quebec, Canada.

Însă numai un grup select de microorganisme, denumite diazotrofe, pot fixa azotul molecular (N2) din aer sau dizolvat în apă pentru a-l converti în amoniu, într-un proces numit fixarea azotului. Celelalte organisme se folosesc de activitatea acestor microorganisme și, într-o mai mică măsură, de reacțiile chimice fixatoare de azot catalizate de descărcările electrice sau de vulcani. Fixarea azotului este costisitoare din punct de vedere energetic, deoarece necesită ruperea triplei legături dintre doi atomi de azot.

Timp de multă vreme s-a crezut că, în oceane, numai regiunile calde pot găzdui diazotrofele, în timp ce microorganismele din apele mai reci doar se folosesc de azotul fixat anterior din moleculele existente în apă.

Nu este clar de ce oamenii de știință au considerat acest lucru, a firmat Deborah Bronk, chimist oceanograf la Laboratorul Bigelow pentru Științe Marine din Maine, Statele Unite ale Americii, care au încercat să găsească în literatură originile acestei idei. Nu am putut găsi ce a stat la baza înrădăcinării acestei idei.

Însă, în anul 2012, Lovejoy și colegii săi au semnalat că microorganismele diazotrofe de găsesc și în mările arctice, iar de atunci, grupul lui Bronk și alții au ajuns la aceeași concluzie. Într-un studiu publicat în revista Nature Geoscience, o echipă de cercetare din Japonia a găsi diazotrofe și în apele din jurul Antarcticii, mai ales în cele de lângă ghețurile marine.

Studiul a apărut după ce Naomi Harada, geochimist la Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology a condus o expediție de cercetare în Antarctica. Cercetătorii au colectat probe de apă oceanică din 21 de puncte situate în largul oceanului și lângă coastă. Echipa a extras ADN-ul și ARN-ul din microorganismele din probe și a căutat genele care codifică enzimele fixatoare de azot - nitrogenaze. Au identificat unele specii microbiene prezente și au testat dacă celulele din fiecare probă fixau azotul și la ce rată.

Am găsit numeroase microorganisme fixatoare de a azot în apele de lângă coasta Antarcticii, mai ales în jurul regiunilor acoperite de gheață, a declarat Takuhei Shiozaki, microbiolog marin care a participat la expediție. Gheața marină conține cantități însemnate de fier, care ar putea fi implicat în fixarea azotului.

Nitrogenazele au nevoie de fier pentru a fixa azotul și, spre deosebire de zona Arctică, există puțin fier în apele din jurul Antarcticii. În plus, concentrațiile de compuși conținând azotul fixat sunt ridicate în aceste ape, ceea ce ar putea însemna că abilitatea de a fixa azotul nu ar da diazotrofelor un avantaj prea mare în fața organismelor non-diazotrofe.

Bronk a afirmat că este surprinzătoare fixarea azotului în mările Antarcticii, având în vedere cantitățile reduse de fier și disponibilitatea azotului deja fixat sub formă de azotat. O posibilă explicație ar putea fi fierul blocat în gheața marină. Există puțin fier în vânturile antarctice, dar, în decursul unei perioade mai lungi, praful adus de vânt se poate acumula pe gheață. Iar dacă această gheață se topește, în decursul câtorva decade, fierul este eliberat în apa oceanică mult mai repede decât dacă ar fi adus de vânt. Însă acest lucru nu explică de ce microorganismele fixează azot când există mult azotat în zonă, a adăugat Bronk.

Lovejoy, care nu a fost implicată în studiu, a declarat că nu este chiar așa de surprinzător faptul că există unele diazotrofe în apele Antarcticii.

Cred că este o chestiune de menținere a diversității în apele oceanice, prin faptul că întotdeauna vor exista unele microogansime care dețin acele gene implicate în fixarea azotului, a declarat Lovejoy. Mereu a existat o discuție privind ceea ce declanșează fixarea azotului, în general, atât în apele dulci, cât și în cele marine.

Pentru Shiozaki, descoperirea faptului că fixarea azotului are loc în această parte de globului este notabilă, însă mult mai interesant este cine face această fixare, și anume cianobacteria UCYN-A. Această bacterie a fost găsită anterior în apele tropicale și subtropicale, precum și în Oceanul Arctic. Prezența sa în Antarctica arată că bacteria este distribuită pe tot globul, de la tropice până în regiunile polare. Microorganismele capabile să trăiască atât în oceanele temperate, cât și în regiunile polare sunt foarte, foarte rare, a declarat Lovejoy.

În studiile ulterioare este necesară investigarea modului în care bacteria UCYN-A poate trăi la temperaturi atât de variate și a factorilor care limitează fixarea azotului. Aceasta ne va permite să prognozăm impactul schimbărilor climatice asupra fixării azotului, a declarat Shiozaki.

Source Sursa: www.the-scientist.com
Text: Shawna Williams
Foto: iStock