Скрытое топливо для океанических микробов: Мочевина оказалась ключевым источником энергии для морских окислителей аммиака

Археи, окисляющие аммиак (AOA) — одни из самых многочисленных микроорганизмов в океане, играющие ключевую роль в круговороте азота. Однако, несмотря на их повсеместное распространение, ученые долго не могли понять, как эти микробы процветают в бедных питательными веществами водах открытого океана, где их основной источник азота и энергии, аммоний, часто крайне скуден.

Новое исследование под руководством ученых из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене (Германия) раскрывает ключевую часть этой загадки: некоторые AOA полагаются на мочевину — распространенное органическое азотное соединение — в дополнение к аммонию как на источник энергии и азота. Работа, опубликованная в Nature Communications, объясняет, почему разные группы AOA преуспевают в различных морских средах.

Исследование двух доминирующих групп AOA — Nitrosopumilus (прибрежные воды) и Nitrosopelagicus (открытый океан) — показало их разные стратегии. Прибрежный род Nitrosopumilus предпочитает аммоний и использует мочевину только при его нехватке. Напротив, океанический Nitrosopelagicus одинаково хорошо использует оба соединения и продолжает потреблять мочевину даже при изобилии аммония, что идеально адаптирует его к бедным питательными веществами водам.

Используя специально разработанные молекулярные зонды и NanoSIMS-анализ, ученые впервые визуализировали и измерили усвоение азота каждой группой на уровне отдельных клеток. Это подтвердило, что Nitrosopelagicus активно использует мочевину даже в присутствии аммония.

Способность AOA, особенно Nitrosopelagicus, использовать органические источники азота, такие как мочевина, может значительно влиять на доступность питательных веществ в океане, первичную продуктивность и глобальный углеродный цикл. Как отмечает старший автор работы Марсель Кайперс, понимание того, что питает этих микробов, крайне важно, поскольку они являются ключевыми игроками в азотном цикле, регулируя питательный баланс океана и глобальный углеродный бюджет.