Czy archaea dadzą nowe spojrzenie na obieg azotu?
Badacze z Norwegii dokonali zdumiewającego odkrycia, które może rzucić zupełnie nowe światło na jeden z podstawowych cykli biochemicznych na Ziemi - obieg azotu. Azot stanowi 78 procent atmosfery, lecz znacznie bardziej pożyteczny jest w postaci "związanej", w ziemi. Tam może żywić rośliny, które z kolei stanowią pożywienie dla zwierząt, i w końcu azot znajduje się w naszym organizmie, gdzie służy do budowy złożonych białek i aminokwasów - w tym z DNA i RNA - które nie tyle są niezbędne do życia, co same są życiem. Zgodnie z przyjętą opinią azot atmosferyczny jest wiązany w glebie dzięki różnym bakteriom i w ten sposób może stać się pożywieniem dla roślin. Proces ten jest najważniejszym etapem w całym obiegu azotu: następuje utlenienie amoniaku do azotanów i azotynów, które są łatwo przyswajalne dla roślin. W rzeczywistości jednak może to mieć drugorzędne znaczenie. Profesor Christina Schleper z University of Bergen w Norwegii uważa, że kluczowymi elementami biologicznymi nie są wcale bakterie, lecz całkowicie inna grupa, znana jako archaea. Wyniki jej badań prowadzonych we współpracy z kolegami z Wielkiej Brytanii, USA i Niemiec, zostały opublikowane w czasopiśmie "Nature". Wyodrębnione jako oddzielna grupa żywych organizmów w 1977 r. przez badaczy Carla Woese i George'a Foksa, archaea wykazują wiele podobieństw do bakterii, a 3,8 mld lat temu Ziemię zamieszkiwały wyłącznie bakterie i archaea. Różnice pomiędzy archaea i bakteriami dotyczą przede wszystkim układu cząsteczkowego oraz składu biochemicznego. Dzięki tym różnicom archaea mają zdolność do życia w środowiskach ekstremalnych i właśnie w takich miejscach zostały odkryte. Archaea mogą żyć w środowiskach o wysokim zasoleniu czy wysokich temperaturach i występują w szczelinach geologicznych i w gejzerach. Wiedza na temat archaea jest bardzo mała, mimo że znajdowane są w coraz większej liczbie środowisk, w tym w morzu i w glebie. Według ostatnich oszacowań archaea stanowią 40 procent biomasy mikrobiologicznej w morzach. - Hodowla wielu z nich w warunkach laboratoryjnych jest trudna, ponieważ gleba jest środowiskiem złożonym, którego nie można odtworzyć w laboratorium. W tego rodzaju sztucznych warunkach dobrze rozwijają się jedynie archaea występujące w gorących źródłach lub w innych środowiskach ekstremalnych - mówi profesor Schleper. - W jednym gramie gleby znajduje się co najmniej 10 000 gatunków mikroorganizmów - wyjaśnia profesor. Badając glebę, profesor Schleper stosowała metodę uzyskiwania DNA z organizmów znajdujących się w glebie, a następnie za pomocą sekwencji określała ich rodzaj. - W zasadzie w ten właśnie sposób naukowcy odkryli, że archaea występują również w próbkach gleby, a nie jedynie w gorących źródłach czy w głębokich oceanach - mówi. Jeden z etapów procesu sekwencjonowania DNA dał profesor Schleper pewne wskazówki na temat charakteru archaea - znaleziono geny, które u bakterii są odpowiedzialne za "wiązanie" azotu. Zespół znalazł archaea dosłownie wszędzie - na zdumiewających głębokościach pod ziemią, gdy już dawno przestały występować bakterie, archaea były około 3000 razy bardziej liczne. Badanie nie jest jeszcze zakończone. W próbkach archaea profesor Schleper odkryła w dużych ilościach gen, który uruchamia utlenianie amoniaku - proces kluczowy. Kwestią do wyjaśnienia, która będzie przedmiotem następnego etapu jej badań, jest stopień, w jakim archaea lub bakterie przyczyniają się do procesu utleniania. - Jest jednak jeszcze za wcześnie, by mówić o pisaniu podręczników na nowo - mówi. Profesor Schleper musi jeszcze sprawdzić swoją teorię oraz porównać bakterie z archaea. - Można to zrobić, próbując powstrzymać proces w jednej grupie i obserwując, jak to wpłynie na cały proces utleniania, albo próbując opisać procesy biochemiczne, które stanowią podłoże każdego z nich. Dotychczas obieg azotu analizowano jedynie w kontekście bakterii. Stanowiły one główny przedmiot zainteresowania w dziedzinach, w których azot ma kluczowe znaczenie, takich jak oczyszczanie ścieków lub rolnictwo - zwłaszcza w przypadku obszarów, w których dochodziło do przedawkowania nawozów. Jeżeli archaea są rzeczywiście odpowiedzialne za utlenianie związków azotowych i mogą żyć w ekstremalnych środowiskach, wówczas te stare, tajemnicze i w dużej mierze zapomniane organizmy mogą jeszcze odegrać decydującą rolę w porządkowaniu Ziemi i gospodarowaniu naszą kruchą planetą.
Kraje
Norwegia