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Un nuovo modo di produrre ossigeno negli oceani

Alcuni microbi nelle profondità marine producono ossigeno in un modo finora sconosciuto. Per generare energia, la specie archaea 'Nitrosopumilus maritimus' ossida l'ammoniaca, in presenza di ossigeno, a nitrato. Ma quando i ricercatori hanno sigillato i microbi in contenitori ermetici, senza luce o ossigeno, sono stati comunque in grado di produrre O2 per l'uso nell'ossidazione dell'ammoniaca in nitrito.  

Gli oceani svolgono un ruolo chiave nel mantenimento del livello di ossigeno nell'atmosfera. Circa il 70% del ossigeno nell'atmosfera è prodotto da piante marine, le foreste pluviali rappresentano circa un terzo (28%) dell'ossigeno terrestre, il restante 2% di TerraL' ossigeno proviene da altre fonti. L'oceano produce ossigeno attraverso la fotosintesi da parte delle piante oceaniche (fitoplancton, alghe e plancton algale).  

Tuttavia, esiste un gruppo di poche specie di microbi che vivono nell'oceano che producono ossigeno al buio, in assenza di luce solare, attraverso un processo diverso dalla fotosintesi. Nitrosopumilus maritimus si è ora unito a questo gruppo di manciate di microbi sulla base di questa capacità.  

Gli archaea (o archeobatteri) sono microbi unicellulari simili ai batteri nella struttura (quindi sia gli archaea che i batteri sono procarioti), ma evolutivamente diversi dai batteri e eucarioti, formando così un terzo gruppo di organismi viventi. Vivono gli Archea ambienti a basso contenuto di ossigeno e sono anaerobi obbligati (il che significa che non possono sopravvivere al normale livello di ossigeno atmosferico), ad esempio, gli alofili vivono in ambienti estremamente salati, i metanogeni producono metano, i termofili vivono in ambienti estremamente caldi ecc.  

Circa il 30% dei plancton microbici degli oceani è costituito da archaea ossidante l'ammoniaca (AOA), che insieme ai batteri ossidanti nitriti (NOB) forniscono la principale fonte di azoto inorganico nell'oceano e svolgono un ruolo chiave nel ciclo dell'azoto oceanico.  

È noto che entrambi questi due archaea, cioè AOA e NOB dipendono dall'ossigeno molecolare (O2) nell'ossidazione dell'ammoniaca in nitrito.  

NH3 + 1.5 O2 → NO2- + H2O + H+  

Tuttavia, questi archaea si trovano in abbondanza in ambienti marini anossici con livelli di ossigeno molto bassi o addirittura non rilevabili. Questo è molto sorprendente, soprattutto in considerazione del fatto che non hanno un metabolismo anaerobico noto. Il loro metabolismo energetico richiede ossigeno, tuttavia si trovano in ambienti in cui l'ossigeno non è rilevabile. Come lo fanno?  

Per indagare su questo, il ricercatori effettuato incubazioni degli archaea Nitrosopumilus maritimus a concentrazioni di ossigeno estremamente basse in nano (10-9) gamma. Hanno scoperto che dopo l'esaurimento dell'ossigeno, gli archaea erano in grado di produrre piccole quantità di ossigeno in condizioni anossiche. Hanno prodotto O2 per l'ossidazione dell'ammoniaca stessa riducendo contemporaneamente i nitriti a protossido di azoto (N2O) e azoto (N2). 

Questo studio ha mostrato la via dell'ossidazione anaerobica dell'ammoniaca (come O2 produzione di Nitrosopumilus maritimus in un ambiente oceanico impoverito di ossigeno consente loro di ossidare l'ammoniaca in nitrato per generare energia). Ha anche scoperto un nuovo percorso di N2 produzione in profondità mare ambiente. 

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Fonte:  

  1. Kraft B., et al 2022. Produzione di ossigeno e azoto da parte di un archeone ossidante l'ammoniaca. Scienza. 6 gennaio 2022. Vol 375, Numero 6576 pp. 97-100. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe6733 
  1. Martens-Habbena W. e Qin W., 2022. Nitrificazione arcaica senza ossigeno. Scienza. 6 gennaio 2022. Vol 375, Numero 6576 pp. 27-28. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn0373 

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