สิ่งมีชีวิตออกซิไดซ์ไนไตรท์ที่เป็นสารประกอบไนโตรเจนเพื่อ “แก้ไข” คาร์บอนไดออกไซด์อนินทรีย์
กลุ่มจุลินทรีย์ลึกลับอาจควบคุมชะตากรรมของคาร์บอนในส่วนลึกที่มืดมิดของมหาสมุทรโลก
นักวิจัยรายงานเมื่อเดือนพฤศจิกายนว่าแบคทีเรียสล็อตเว็บตรง Nitrospinae ซึ่งใช้ไนไตรต์ที่เป็นสารประกอบไนโตรเจนในการ “ตรึง” คาร์บอนไดออกไซด์อนินทรีย์ให้เป็นน้ำตาลและสารประกอบอื่นๆ สำหรับอาหารและการผสมพันธุ์มีส่วนรับผิดชอบต่อการตรึงคาร์บอน 15 ถึง 45 เปอร์เซ็นต์ในมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือทางตะวันตก 24 วิทยาศาสตร์ . หากจุลินทรีย์เหล่านี้มีอยู่ในปริมาณที่ใกล้เคียงกันทั่วโลก และข้อมูลบางอย่างบ่งชี้ว่าแบคทีเรียมีอยู่ อัตราเหล่านี้อาจเป็นทั่วโลก ทีมงานกล่าวเสริม
Maria Pachiadaki นักนิเวศวิทยาจุลินทรีย์จาก Bigelow Laboratory for Ocean Sciences ใน East Boothbay รัฐเมนกล่าวว่าปริมาณคาร์บอนทั้งหมดที่ Nitrospinae ตรึงนั้นมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับการตรึงคาร์บอนบนบกโดยสิ่งมีชีวิตเช่นพืชหรือในส่วนที่มีแสงแดดส่องถึง ซึ่งเป็นผู้เขียนนำในการศึกษาใหม่ “แต่ดูเหมือนว่าจะมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อผลผลิตและสุขภาพของมหาสมุทรร้อยละ 90 ที่ลึกเกินไปและมืดเกินไปสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง” แบคทีเรียเหล่านี้น่าจะเป็นฐานของใยอาหารในดินแดนลึกลับส่วนใหญ่นี้
มหาสมุทรครอบคลุมพื้นผิวโลกมากกว่าสองในสาม และน้ำส่วนใหญ่เหล่านั้นอยู่ในความมืด ในส่วนตื้นและแสงแดดของมหาสมุทร สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่เรียกว่าแพลงก์ตอนพืชแก้ไขคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่ในมหาสมุทรลึกที่แสงแดดไม่ส่องผ่าน จุลินทรีย์ที่ใช้พลังงานเคมีที่ได้จากสารประกอบ เช่น แอมโมเนียมหรือไฮโดรเจนซัลไฟด์ คือเครื่องยนต์ของวัฏจักรคาร์บอนส่วนนั้น
ไม่ค่อยมีใครรู้ว่าจุลินทรีย์ชนิดใดมีหน้าที่หลักในการตรึงคาร์บอนในมหาสมุทรมืด ผู้สมัครที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือกลุ่มของอาร์เคียที่ออกซิไดซ์แอมโมเนียม (สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่คล้ายกับแบคทีเรีย) ที่รู้จักกันในชื่อ Thaumarchaeota เพราะพวกมันเป็นจุลินทรีย์ที่มีมากที่สุดในมหาสมุทรมืด
แต่ไม่มีข้อพิสูจน์โดยตรงว่าอาร์เคียเหล่านี้เป็นตัวตรึงหลักในน่านน้ำเหล่านั้น
Pachiadaki กล่าว อันที่จริงการศึกษาก่อนหน้านี้เกี่ยวกับการตรึงคาร์บอนในระดับความลึกเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าแอมโมเนียมออกซิไดเซอร์ไม่สามารถทำงานได้เร็วพอที่จะจับคู่ข้อสังเกตได้ “พลังงานที่ได้รับจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนียมไม่เพียงพอที่จะอธิบายปริมาณคาร์บอนที่ตรึงอยู่ในมหาสมุทรที่มืดมิด”
เธอและเพื่อนร่วมงานสงสัยว่าจุลินทรีย์กลุ่มอื่นอาจต้องแบกรับภาระหนักหนาสาหัสของงานนี้ เป็นที่ทราบกันดีว่าแบคทีเรีย Nitrospinae ที่ใช้สารประกอบทางเคมีไนไตรต์นั้นพบได้มากในบางส่วนของมหาสมุทรมืดเป็นอย่างน้อย แต่จุลินทรีย์ไม่ได้รับการศึกษาอย่างดี ทีมของ Pachiadaki ได้วิเคราะห์จีโนม 3,463 จีโนมหรือพิมพ์เขียวทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่พบในตัวอย่างน้ำทะเล 39 ตัวอย่างที่เก็บรวบรวมในมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือทางตะวันตกที่ระดับความลึกตั้งแต่บริเวณ “พลบค่ำ” ที่ต่ำกว่า 200 เมตรถึงโซนที่ลึกที่สุดของมหาสมุทรที่ต่ำกว่า 9,000 เมตร ทีมงานระบุว่า Nitrospinae เป็นแบคทีเรียที่มีมากที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเขตพลบค่ำ แม้ว่าจะยังมีปริมาณน้อยกว่า Thaumarchaeota ที่ออกซิไดซ์ของแอมโมเนียม แต่ไนไตรท์-ออกซิไดเซอร์ก็มีประสิทธิภาพในการตรึงคาร์บอนมากกว่ามาก โดยต้องการไนไตรต์ที่มีอยู่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น
และถึงแม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะรู้ว่าแบคทีเรียเหล่านี้ใช้ไนไตรท์เพื่อผลิตพลังงาน แต่การศึกษาใหม่พบว่าสารประกอบนี้เป็นแหล่งพลังงานหลักของจุลินทรีย์ นักจุลชีววิทยาทางทะเล Frank Stewart จาก Georgia Tech ในแอตแลนต้ากล่าวว่าการศึกษานี้ “แสดงให้เห็นตัวอย่างว่าความก้าวหน้าในวิธีจีโนมสามารถสร้างสมมติฐานเกี่ยวกับเมแทบอลิซึมและนิเวศวิทยาได้อย่างไร” การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่านักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องคิดใหม่ว่าพลังงานและวัสดุหมุนเวียนในมหาสมุทรมืดอย่างไร “ในขณะที่อาณาจักรมหาสมุทรนี้ยังคงถูกสำรวจ แต่การศึกษาเช่นนี้เป็นแบบจำลองสำหรับวิธีปิดช่องว่างความรู้ของเรา”
ฆ่าด้วยการพลิกสวิตช์การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมครั้งเดียวเปลี่ยนแบคทีเรียที่เป็นมิตรให้กลายเป็นนักฆ่าแบคทีเรียเรืองแสงในความมืดที่อาศัยอยู่ในหนอนไส้เดือนฝอยพลิกการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมเพื่อเปลี่ยนจากผู้อยู่ร่วมกันอย่างสันติให้กลายเป็นนักฆ่าแบคทีเรีย Photorhabdus luminescensฟอร์ม M (M สำหรับการทำงานร่วมกัน) สร้างอาณานิคมที่เป็นมิตรภายในไส้เดือนฝอย แต่จุลินทรีย์เปลี่ยนไปใช้รูปแบบ P ที่สร้างสารพิษร้ายแรง (P สำหรับเชื้อโรค) เมื่อเจ้าภาพพร้อมที่จะกินแมลงจากภายในสู่ภายนอก เวิร์มอาเจียนแบคทีเรียให้กลายเป็นแมลง และสารพิษจากแบคทีเรียจะฆ่าและช่วยย่อยอาหาร
การเปลี่ยนแปลงระหว่างรูปแบบที่อ่อนโยนและรูปแบบนักฆ่าขึ้นอยู่กับการวางแนวของชิ้นส่วนของ DNA ที่เรียกว่าโปรโมเตอร์แม่มด นักวิจัยของมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดรายงานในวารสารScience 6 กรกฎาคม ในทิศทาง “เปิด” madswitch จะเปิดยีนที่จำเป็นสำหรับแบคทีเรียที่จะอาศัยอยู่ภายในหนอนและลดการผลิตสารที่ช่วยฆ่าแมลง แบคทีเรียที่มีโปรโมเตอร์ในทิศทาง “ปิด” เป็นประเภทนักฆ่าสล็อตเว็บตรง
