Diatom: nitrat bukan oksigen

Bagaimana diatom bertahan di dasar laut yang gelap

Pengimbasan imej pengimbasan laser diatom laut di Amfora coffeaeformis. Merah: kloroplas autofluoresen, hijau: membran lipid (berwarna dengan MDY-64). © Martin Beutler / bionsys GmbH
membaca dengan kuat

Lautan-lautan itu penuh dengan alga yang menimbulkan fotosintesis dalam cahaya matahari. Walau bagaimanapun, ia telah diketahui sejak beberapa ketika bahawa diatoms dapat bertahan walaupun di dasar laut yang gelap, di mana tidak fotosintesis atau pernafasan dengan oksigen mungkin. Kini para saintis melaporkan dalam jurnal "Prosiding Akademi Kebangsaan Sains" (PNAS), bagaimana prestasi kerja ini: Diatoms bernafas dalam gelap dengan garam, nitrat, dan bukannya oksigen.

Walaupun alga fotosintetik selalunya hanya beberapa ratus keping milimeter yang berukuran, ia berlaku dalam jumlah besar di lautan kita yang mereka menyumbang kira-kira 40 peratus pengeluaran utama laut, iaitu pembentukan biomas menggunakan cahaya matahari dan karbon dioksida. Selalunya mereka membentuk "bunga" terapung besar di permukaan laut atau rumput coklat kehijauan di dasar laut.

Mengesan laluan metabolik diatom

Walau bagaimanapun, diatom atau diatom juga boleh hidup tanpa cahaya dan oksigen, contohnya di dasar laut. Dalam kajian baru mereka, para ilmuwan Anja Kamp, Dirk de Beer, Jana L. Nitsch, Gaute Lavik dan Peter Stief dari Institut Mikrobiologi Marinologi Max Planck di Bremen telah membiak pelbagai jenis diatom di makmal untuk menyiasat laluan metabolik mana alga kecil membenarkan hidup dalam gelap.

Diatom pulih tenaga mereka di bawah cahaya matahari melalui fotosintesis. Ini juga menghasilkan oksigen, yang menembusi lebih jauh ke dasar laut daripada cahaya. Diatom, seperti haiwan dan manusia, memerlukan oksigen untuk pernafasan sel. Walau bagaimanapun, diatom boleh bertahan dikebumikan di dasar lautan, di mana tidak ada cahaya atau oksigen. Di sini mereka bernafas dengan nitrat daripada oksigen. Untuk prokariot (iaitu organisma tanpa nukleus sel seperti bakteria), laluan metabolik yang berbeza bagi respirasi nitrat diketahui. Walau bagaimanapun, eukariota (iaitu organisma dengan nukleus seperti diatom) kedua-dua photosynthesize dan boleh bernafas dengan nitrat, belum diketahui. Laluan metabolik pernafasan nitrat yang terbukti untuk diatom dipanggil pengurangan nitrat dissimilatory kepada ammonium, atau DNRA untuk jangka pendek. Di sini, nitrat (NO3-) mula-mula dikurangkan menjadi nitrit (NO2-) dan seterusnya ke amonium (NH4 +). Anja Kamp / MPI untuk Mikrobiologi Marin

Para penyelidik mendapati bahawa terdapat hubungan antara nitrat, yang menyimpan sel diatom dan kelangsungan hidup tanpa cahaya dan oksigen. Menurut saintis, semakin banyak nitrat sel telah tersedia, semakin lama ia mampu bertahan dalam kegelapan, iaitu, tanpa kemungkinan untuk membentuk oksigen oleh fotosintesis.

Dalam eksperimen dengan kopi beras kacang diatom Amphora coffeaeformis mereka dapat membuktikan bahawa alga uniselular bernafas dalam kegelapan dengan bantuan nitrat tersimpan. Dalam masa hanya satu hari, mereka mengambil kebanyakan nitrat yang disimpan dan mengubahnya menjadi ammonium, yang dikumuhkan oleh sel. paparan

Nitratatmung dengan bakteria tidak ada yang luar biasa

Hasil yang paling penting dari penyelidik Max Planck di Bremen, bagaimanapun, adalah bahawa sel menggunakan nitrat dalam gelap hanya untuk bernafas dan tidak, seperti cahaya matahari, untuk pembinaan biomassa. Kamp berkata: "Kami menyimpulkan dari penggunaan nitrat yang cepat dan kekurangan pertumbuhan sel, yang nitrat bernafas diatoms adalah proses yang hanya memulakan keadaan berehat dan tidak dapat dipertahankan dalam tempoh masa yang lebih lama,

Nitrate pernafasan tidak biasa dalam bakteria, kerana banyak mikroba yang dikaji di Institut Max Planck dapat bernafas dengan nitrat, sulfat atau besi. Walau bagaimanapun, menghairankan, alga, organisma dengan nukleus sel, juga boleh menjalankan fotosintesis dan pernafasan nitrat. (PNAS, 2011; doi: 10.1073 / pnas.1015744108)

(Max Planck Institute for Microbiology Marine, 16.03.2011 - DLO)