Понимание микробной конкуренции за азот

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) предложили новое объяснение существования первичного нитритного максимума — стабильного слоя нитрита (NO₂⁻), обнаруживаемого на глубине около 200 метров по всему мировому океану. Используя теорию, моделирование и данные наблюдений, учёные показали, что эта черта формируется в результате экологической конкуренции между фитопланктоном и нитрифицирующими микроорганизмами в поверхностном, освещённом солнцем слое воды.

Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, важно для понимания глобального цикла углерода и азота. Нитрит, хотя и присутствует в океане в низких концентрациях, играет ключевую роль в биологическом насосе — процессе, который отвечает за долгосрочное хранение углерода в океане. «В широком смысле мы пытаемся понять, что контролирует реминерализацию органического вещества в океане», — говорит ведущий автор работы Эмили Закем.

Традиционно считалось, что нитрифицирующие микроорганизмы (хемоавтотрофы, превращающие аммоний в нитрит, а затем в нитрат) не могут жить в поверхностных водах из-за ингибирования светом. Однако моделирование, основанное на физиологических ограничениях и конкуренции за ресурсы, показало иной механизм. В поверхностных водах, где азот лимитирует рост, фитопланктон, имея более высокую скорость роста и меньшую потребность в азоте, вытесняет окислителей аммония. Это естественным образом ограничивает нитрификацию более глубокими слоями. Накопление же нитрита объясняется различиями в метаболизме самих нитрификаторов: микроорганизмы, окисляющие нитрит, менее эффективны и многочисленны, чем окислители аммония, что приводит к накоплению промежуточного продукта — нитрита.

«Это исследование объединило теорию, численное моделирование и наблюдения, чтобы дать простое количественное и механистическое описание явлений, которые были загадкой для океана», — отмечает соавтор работы профессор Мик Фоллоуз. Новый подход также позволил воспроизвести наблюдаемое накопление нитрита в поверхностных водах высоких широт, где фитопланктон лимитирован не азотом, а светом или железом.