Nitrogentilførsler i det gamle hav

Det har længe været antaget, at cyanobakterier hovedsageligt var ansvarlige for at fiksere nitrogen på den tidlige jord. og dermed gøre nitrogen tilgængeligt for biosfæren. Forskere ved Max Planck Institute for Marine Microbiology i Bremen, Tyskland, viser nu, at lilla svovlbakterier kunne have bidraget væsentligt til nitrogenfiksering under de betingelser, der er fremherskende i det proterozoiske hav.

Nitrogen er afgørende for alle former for liv:Det er en del af proteiner, nukleinsyrer og andre cellestrukturer. Dermed, det var af stor betydning for udviklingen af ​​liv på den tidlige Jord at kunne omdanne gasformigt dinitrogen fra atmosfæren til en biotilgængelig form - ammonium. Imidlertid, det er endnu ikke afklaret, hvem der udførte denne såkaldte nitrogenfiksering på den tidlige jord og ved hjælp af hvilket enzym. Nu, forskere ved Max Planck Institute for Marine Microbiology i Bremen har vist, at under lignende golde forhold som i det proterozoiske hav, en tidligere undervurderet gruppe af bakterier kan fiksere nitrogen meget effektivt.

Et "lille proterozoisk hav" i de schweiziske alper

Da det proterozoiske hav næppe kan studeres direkte, forskerne Miriam Philippi og Katharina Kitzinger fra Max Planck Instituttet i Bremen og kolleger erstattede det med et sammenligneligt moderne habitat:Den alpine sø Cadagno i Schweiz. I modsætning til de fleste andre søer, Cadagno-søen er permanent lagdelt, hvilket betyder, at de øvre og nedre vandlag ikke blandes.

Lilla svovlbakterier bor i overgangszonen mellem de øvre, iltet lag og det nedre, iltfrit og sulfidisk lag. Der, de udfører fotosyntese og oxiderer svovl. "Opdagelsen af ​​fossiler af denne gruppe af mikroorganismer viser, at de allerede levede på vores planet for mindst 1,6 milliarder år siden, under den proterozoiske eon, sagde Philippi, første forfatter til undersøgelsen. "Derfor, denne sø og disse bakterier repræsenterer et system, der ligner det proterozoiske hav i mange aspekter. "Derfor, det er så velegnet til at lære mere om processerne på den tidlige Jord.

Lilla svovlbakterier fikserer nitrogen

Ved at bruge en kombination af biogeokemiske og molekylære analyser, Philippi og kolleger opdagede, at de lilla svovlbakterier i Cadagno-søen fikserer nitrogen meget effektivt. Nitrogenfiksering er omdannelsen af ​​nitrogengas, som ikke er særlig reaktiv, til nitrogenforbindelser, som mange organismer kan bruge, for eksempel alger. "Så vidt vi ved, dette er det første direkte bevis på nitrogenfiksering af lilla svovlbakterier i naturen, "forklarede medforfatter Katharina Kitzinger.

"Vi opdagede, at de bruger det mest almindelige enzym i dag, molybdæn nitrogenase, for at gøre det. Selvom dette enzym ikke er sjældent, vi var meget overraskede over at finde den i Cadagno-søen." Dette skyldes, at der kun er meget lidt molybdæn i vandet - ligesom i det proterozoiske hav, hvilket har fået forskere til at tro, at ikke-molybdæn nitrogenaser herskede på den tidlige jord. "Nu ved vi, at molybdænnitrogenase virker meget effektivt, selv ved lave molybdænkoncentrationer. "

"Vi giver således den første indikation af, at lilla svovlbakterier kan have været delvist ansvarlige for nitrogenfiksering i det proterozoiske hav, " fortsatte Philippi. "Indtil nu, det blev generelt antaget, at cyanobakterier udførte det meste af nitrogenfikseringen dengang. Vi viser, at lilla svovlbakteriers rolle i denne proces sandsynligvis var undervurderet."

Undersøgelsen er publiceret i Naturkommunikation .