Новые изображения морского микроба проливают свет на фиксацию углерода и азота

Микроб Trichodesmium уникален среди морских микроорганизмов, поскольку он одновременно «дышит» углекислым газом, как растения, и поглощает азот из воздуха, «фиксируя» его в удобрение для океана. Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, с помощью передовой технологии визуализации NanoSIMS показало, как Trichodesmium разделяет эти два несовместимых процесса во времени.

Это открытие имеет ключевое значение для понимания глобальных циклов углерода и азота. Как цианобактерия, Trichodesmium использует солнечный свет для фиксации CO₂, а также является основным «азотфиксатором», действуя как удобрение для открытого океана и поддерживая целые экосистемы. Ранее было неясно, как микробу удаётся совмещать процессы, поскольку фиксация CO₂ производит кислород, который подавляет фермент, необходимый для фиксации азота.

Используя редко применяемую в морских науках технологию NanoSIMS, учёные смогли впервые увидеть, как стабильные изотопы углерода и азота фиксируются внутри отдельных клеток в течение 24 часов. «Мы открыли дверь внутрь клеток», — сказала микробиолог Джульетта Финци-Харт. Изображения подтвердили гипотезу временного разделения: после пика фиксации углерода активизировалась фиксация азота, который накапливался в «горячих точках» — вероятно, в органеллах для хранения.

Что касается теории пространственного разделения процессов между разными клетками, доказательства оказались менее однозначными. Хотя метки углерода и азота были равномерно распределены по всем клеткам, исследователи не могут полностью исключить быстротечное разделение труда, так как клетки способны перераспределять фиксированный азот всего за 90 секунд. «Если разделение труда и есть, то оно временное», — заключила Финци-Харт.