Разгадана загадка круговорота азота в шельфовых водах

Ученые из Бремена нашли ответы на давнюю загадку ключевого процесса в морском круговороте азота — нитрификации.

Дисбаланс в численности

Нитрификация — это окисление аммиака через нитрит в нитрат. В океане оба этапа этого процесса сбалансированы, и большая часть доступного азота существует в форме нитрата.

• Первый этап (аммиак → нитрит) осуществляют аммиак-окисляющие археи — одни из самых многочисленных микроорганизмов на планете.
• Второй этап (нитрит → нитрат) проводят бактерии, окисляющие нитрит, в основном из филума Nitrospinae.

Однако Nitrospinae в десять раз менее многочисленны, чем археи, что ставило вопрос: существуют ли в океане другие, еще не открытые, но столь же многочисленные окислители нитрита?

Быстрый рост, ранняя смерть

Исследователи из Института морской микробиологии Макса Планка и их коллеги показали, что нет необходимости постулировать существование неизвестных организмов. Ученые изучили не только численность, но и биомассу, скорость роста и активность отдельных клеток.

Результаты:

• Nitrospinae гораздо активнее и растут намного быстрее, чем археи, то есть они более эффективны.
• Низкая численность Nitrospinae, вероятно, объясняется их высокой смертностью.
• Это объясняет сбалансированный процесс нитрификации в океане и делает существование других неизвестных, многочисленных окислителей нитрита маловероятным.

Азот и пища для друзей

Исследование также показало разницу в источниках азота для роста:

• Археи почти исключительно используют аммоний.
• Nitrospinae в основном используют органический азот (мочевину и цианат).

Это позволяет Nitrospinae избегать конкуренции с археями за нитрит, который им необходим. Таким образом, микроорганизмы помогают друг другу: археи производят нитрит для Nitrospinae, а Nitrospinae, усваивая органический азот, предположительно высвобождают некоторое количество аммония, который служит источником энергии для археев. Это симбиотическая ситуация «выигрыш-выигрыш».

Исследование проводилось в Мексиканском заливе, где нитрификация очень важна из-за высокого поступления питательных веществ из рек, таких как Миссисипи. Поскольку микроорганизмы, участвующие в нитрификации, и их относительная численность схожи по всему миру, полученные результаты, вероятно, справедливы и для остального океана.

Исследование опубликовано в научном журнале Nature Communications в феврале.