Seit der Sauerstoffkatastrophe vor etwa 2,45 Milliarden Jahren benötigen die meisten Lebewesen auf der Erde Sauerstoff. Es wird von anderen Organismen produziert, die Sonnenlicht benötigen, um dieses Gas zu produzieren. Streng genommen ist die Sauerstoffkatastrophe laut Wissenschaftlern nur deshalb aufgetreten, weil unser Planet seine Rotation verlangsamt hat, was zu mehr Tageslichtstunden geführt hat. Dadurch hatten die Cyanobakterien tagsüber Zeit, große Mengen an Sauerstoff freizusetzen. Sie füllten die Atmosphäre mit lebenswichtigem Gas. Doch wie Wissenschaftler der University of Southern Denmark kürzlich herausfanden, benötigen nicht alle Organismen Sonnenlicht, um Sauerstoff zu produzieren. Im Ozean wurde eine Mikrobe gefunden, die gegen alle oben genannten Regeln verstößt – sie überlebt sogar in Dunkelheit und in einer Umgebung mit völligem Sauerstoffmangel.
Es gibt Mikroorganismen im Meer, die auf eine der Wissenschaft unbekannte Weise selbst bei völliger Dunkelheit Sauerstoff produzieren
Mikroben, die im dunkel und ohne Sauerstoff
Wir sprechen über die Mikrobe Nitrosopumilus maritimus sowie einige andere verwandte Mikroorganismen. Zuvor wussten Wissenschaftler, dass diese Mikroben in einer Umgebung mit einem Minimum an Sauerstoff leben können. Es war jedoch nicht klar, was sie dort taten und wie sie unter solchen Bedingungen überlebten.
Es sollte beachtet werden, dass Nitrosopumilus maritimus eine Mikrobe ist, die im Ozean verbreitet ist. Wenn Sie einen Eimer Meerwasser nehmen, wird jede fünfte Zelle darin diese Mikrobe sein. Wie Wissenschaftler sagen, spielt es eine wichtige Rolle im Stickstoffkreislauf. Gleichzeitig ist seit langem bekannt, dass sie ohne Sauerstoff nicht leben kann.
Anfangs dachten Experten, dass sie in einer sauerstofffreien Umgebung, wo diese Mikroben auch in großer Zahl vorkommen, keine Leistung erbringen jede Funktion. Aber wie und warum kommen sie dorthin? All diese Geheimnisse haben Wissenschaftler aus Dänemark dazu inspiriert, eine Studie durchzuführen, deren Ergebnisse kürzlich in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden.
Nitrosopumilus maritimus ist eine der häufigsten Mikroben im Ozean
Um herauszufinden, warum so viele dieser Mikroorganismen in einer anoxischen Umgebung existieren und was sie dort tun, haben Wissenschaftler sie aus ihrem natürlichen Lebensraum entfernt und in künstliche Laborbedingungen gebracht. Die größte Herausforderung bestand darin, herauszufinden, was mit ihnen passieren würde, wenn der gesamte Sauerstoff aus dem Wasser verschwunden wäre und es kein Sonnenlicht mehr gäbe.
So schufen die Wissenschaftler Bedingungen, die die Möglichkeit der Sauerstoffproduktion ausschlossen. Tatsächlich ist dies ein natürliches Szenario, das eintritt, wenn Nitrosopumilus maritimus von sauerstoffreichen Gewässern in solche mit wenig bis keinem Sauerstoff gelangt.
Was das Forschungsteam schließlich herausfand, überraschte sie sehr. Mikroorganismen begannen, Sauerstoff und als Nebenprodukt Stickstoffgas (Diazotom) zu produzieren.
„Wir haben festgestellt, dass die Mikroben den gesamten Sauerstoff verbrauchten, der sich in der Luft befand Wasser, aber dann, ein paar Minuten später, begann der Sauerstoffgehalt wieder zu steigen“, sagt der Geobiologe Don Canfield, einer der Autoren der Studie.
Wie Mikroben Sauerstoff ohne Zugang zu Sonnenlicht produzieren
Wissenschaftler können noch keine eindeutige Antwort darauf geben, wie Mikroben Sauerstoff ohne Zugang zu Sonnenlicht produzieren. Allerdings achten sie darauf, dass die produzierte Sauerstoffmenge gering ist. Es reicht nur für das Überleben der Mikroben selbst aus. Die Tatsache, dass Mikroben Sauerstoff auf bisher unbekannte Weise produzieren, wird durch die Tatsache belegt, dass dieser Prozess von der Freisetzung von Stickstoffgas begleitet wird.
Nitrosopumilus maritimus konnten im Labor in völliger Abwesenheit von Sauerstoff und Licht im Wasser überleben
Die Mikroben wandeln das Ammoniak irgendwie in Nitrit um. Dieser Prozess ermöglicht es ihnen, Energie zu erhalten. Um diesen Prozess durchzuführen, produzieren sie wiederum selbst Sauerstoff. Um all diese biochemischen Reaktionen durchzuführen, verwenden sie freien Stickstoff, der in der Umwelt verfügbar ist. Diese Schlussfolgerung bedarf weiterer Forschung. Wenn es bestätigt wird, müssen Wissenschaftler das Verständnis des Stickstoffkreislaufs im Ozean überdenken.
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Die Autoren der Arbeit planen nun, die Forschung nicht unter Laborbedingungen, sondern in der natürlichen Umgebung, dh in den Gewässern des Ozeans mit minimalem Sauerstoffgehalt, und in verschiedenen Teilen der Welt durchzuführen. Abschließend möchte ich Sie daran erinnern, dass die größte Menge an Sauerstoff auf der Erde von Phytoplankton produziert wird. Darüber hinaus absorbiert es auch Kohlenstoff, also ein Treibhausgas. Daher planen Wissenschaftler, das Wachstum von Phytoplankton in naher Zukunft zu stimulieren, um die globale Klimaerwärmung einzudämmen, wie ich bereits erwähnt habe.