Czy arktyczne mikroby nasilą ocieplenie klimatu? Badacze z UW odkryli nowy rodzaj bakterii
To Gelidimonas denitrificans (D11) oraz Gelidimonas diazotrophica (D2), związane z przemianami związków azotu w środowisku. Mikroorganizmy te uczestniczą w produkcji podtlenku azotu (N₂O).
Zostały one wyizolowane oraz opisane przez interdyscyplinarny zespół badaczy z Wydziału Biologii UW, Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN oraz University of York (UK), kierowany przez prof. dr. hab. Dariusza Bartosika oraz dr hab. Renatę Matlakowską, prof. ucz., z Wydziału Biologii UW. W badaniach udział brała również studentka Julia Brzykcy realizująca projekt „Mechanizmy mikrobiologicznej emisji silnego gazu cieplarnianego – N2O w regionach polarnych”.
Alle alle
Naukowcy wzięli pod lupę lęgowiska arktycznego ptaka – alczyka (łac. Alle alle). Zamieszkuje on klify mroźnych wysp Arktyki. Jego guano jest wymywane przez wodę z topniejących lodowców i tak trafia do niżej położonych warstw ekosystemu, zasilając zielone „dywany” roślinności.
W pobranych stamtąd próbkach gleby naukowcom z UW udało się wyizolować szczepy bakterii D2 i D11.
– D2 i D11 różnią się znacząco strategią pozyskiwania energii i węgla. D2 jest heterotrofem, co oznacza, że wykorzystuje związki organiczne zarówno jako źródło energii, jak i węgla do budowy biomasy. Natomiast D11 funkcjonuje chemolitoautotroficznie – pozyskuje energię z utleniania związków nieorganicznych, a węgiel asymiluje z CO₂. Różnice metaboliczne wpływają na ich rolę ekologiczną, jednak oba organizmy mogą uczestniczyć w przemianach azotu prowadzących do powstawania N₂O, zwłaszcza w warunkach ograniczonej dostępności tlenu, gdy denitryfikacja staje się dominującym sposobem oddychania.
N₂O silnie wpływa na efekt cieplarniany – zatrzymuje ciepło w atmosferze kilkaset razy skuteczniej niż CO₂, a dodatkowo w wyższych warstwach atmosfery przyczynia się do degradacji warstwy ozonowej. W związku z tym stanowi ważny czynnik o podwójnym negatywnym wpływie na system klimatyczny Ziemi.
Złudne podobieństwo
Analizy przeprowadzone przez interdyscyplinarny zespół badaczy ujawniły zaskakujące podobieństwo genu rybosomalnego 16S rRNA obu szczepów D2 i D11, wynoszące aż 99,6%. Zgodnie z klasycznymi kryteriami mikrobiologicznymi, zbieżność powyżej 98,7% wskazuje na przynależność do tego samego gatunku.
Jednak po analizie filogenomicznej, opartej na porównaniu sekwencji genów rdzeniowych stwierdzono, że szczepy D2 i D11 reprezentują odrębne gatunki. Badacze nie tylko wyizolowali je, ale też zdefiniowali nowy rodzaj taksonomiczny mikroorganizmów – Gelidimonas (grec. gelidus – chłodny, lodowaty; monas – pojedynczy organizm). Nowy rodzaj należy bezpośrednio do rodziny bakterii Oxalobacteraceae.
– Do rodzaju Gelidimonas zaklasyfikowano zarówno gatunki D2 i D11, jak również tzw. genomowe jednostki taksonomiczne reprezentowane przez tzw. MAGi (Metagenome-Assembled Genomes). MAG oznacza genom zrekonstruowany na podstawie danych metagenomicznych, czyli dużej mieszaniny sekwencji DNA pochodzących od wielu organizmów występujących w badanym środowisku – mówią badacze.
Perspektywy?
Średnia temperatura gleby, z której naukowcy pobrali próbki, wynosi 7°C. Optymalna temperatura dla wzrostu szczepów D2 i D11 to około 10°C. Natomiast powyżej 20°C naukowcy zaobserwowali brak aktywności. Odkryte drobnoustroje dobrze czułyby się więc np. wewnątrz naszej domowej lodówki. Na szczęście są to bakterie ściśle glebowe i środowiskowe. Istnieje jednak zupełnie inne, globalne ryzyko. Ocieplenie regionu Arktyki przyczyni się do wzrostu tego typu drobnoustrojów, a jednocześnie będzie stymulować emisję wspomnianego gazu cieplarnianego. Wzrost temperatury gleby wpłynie również na zwiększenie różnorodności mikrobioty w Arktyce, co może sprzyjać rozwojowi denitryfikatorów i zwiększonej produkcji N2O.
Postępujące ocieplenie klimatu i topnienie zmarzliny (kiedyś nazywanej „wieczną”) mogą gwałtownie przyspieszyć metabolizm bakterii takich jak D2 i D11, potęgując globalny kryzys klimatyczny i niszczenie warstwy ozonowej. Pozostaje więc mieć nadzieję, że polarne mikroby nie wrzucą nagle wyższego biegu.
prof. dr hab. Dariusz Bartosik
kieruje Zakładem Genetyki Bakterii Wydziału Biologii UW. Jego zainteresowania badawcze obejmują mechanizmy regulacji ekspresji genów, genomikę bakterii, horyzontalny transfer genów i ruchome elementy genetyczne.
Artykuł jest częścią cyklu poświęconego badaniom realizowanym na Uniwersytecie Warszawskim.
http://serwisnaukowy.uw.edu.pl
Link do pełnej wersji publikacji: