Длинные, тонкие, похожие на волосы трихомы Thioploca (что в переводе с испанского означает «серные косы») образуют цепочки вниз в морской осадок, по которым крошечные клетки анаммокса спускаются вниз, как лифт. Внизу клетки анаммокс потребляют продукты жизнедеятельности Thioploca: нитрит и аммоний, или «фиксированный» азот.
Азот – важнейший строительный элемент жизни, необходимое условие фотосинтеза. Хотя азот в изобилии присутствует в атмосфере Земли, чтобы быть полезным для большинства живых организмов, нереактивный атмосферный азот, который диффундирует в океан из воздуха, должен быть преобразован в биологически доступные «фиксированные» формы: аммоний, нитрат и нитрит с помощью специализированных организмы, называемые азотфиксаторами.
Другие организмы используют этот фиксированный азот и превращают его обратно в газообразный азот.
Живя вместе в иле под зонами высокой продуктивности растений, тиоплока и анаммокс интенсифицируют эту часть круговорота азота.
Скользя вниз по грязи, цепи Thioploca сбрасывают нитраты – очень желательный ресурс в суровых условиях бескислородных отложений. Поскольку Thioploca встречает сульфид (который является препятствием для большинства других бактерий), образующийся в результате реакции органического вещества сверху и сульфата морской воды, он помогает реагировать нитратам с сульфидом, производя нитрит и аммоний, которые анаммокс потребляет и выделяет диазот. газ.
Клетки анаммокса ездят на Thioploca, питаясь его отходами, поэтому оба микроба процветают там, где гибнут другие. В целом, однако, они блокируют важный ресурс для жизни в океане, делая его непригодным для использования организмами, лежащими в основе пищевой цепи, которые для выживания полагаются на фотосинтез.
«Обнаруженные нами симбиотические отношения представляют собой невероятно элегантный химический тандем между двумя хемолитотрофами – организмами, которые получают свою метаболическую энергию исключительно из неорганической химии. Сначала мы предсказали симбиоз, основанный на осознании того, что отходы Thioploca (нитрит и аммоний) – это «хлеб с маслом» для анаммокса. Прогноз был подтвержден нашей командой, доказав, что симбиотическая пара строит очень эффективную природную «установку по переработке отходов» – разрушая значительное количество фиксированного азота, связывая циклы серы и азота в бескислородных отложениях », – сказала Мария Прокопенко, ведущий специалист. автор статьи об исследовании, которое появится в Nature 8 августа.
Прокопенко в настоящее время является приглашенным научным сотрудником в колледже Помона, но завершила исследование, когда была доцентом-исследователем в Университете Южной Калифорнии, работая в тесном сотрудничестве с Уильямом Берельсоном, заведующим кафедрой наук о Земле Колледжа литературы, искусств и наук Дорнсайф.
Прокопенко и Берельсон сотрудничали с исследователями из Калифорнийского университета в Дэвисе; Университет Южной Дании; Помона Колледж; Университет Коннектикута; Принстон и университет Цинциннати.
Симбиоз между Thioploca и Anammox не приводит к повсеместным изменениям в океане, а скорее создает локальные зоны, в которых фиксированный азот истощается быстрее, чем ожидалось.
Большинство собранных образцов были обнаружены у побережья Нижней Калифорнии.
«Каким бы важным ни был азот для жизни на этой планете, удивительно, что мы можем открывать новые пути, химические реакции и биологические партнерства с участием этого соединения», – сказал Берельсон.
Прокопенко, Берельсон и другие в настоящее время изучают круговорот азота в водах Чили и Перу, а также исследуют историю нитратов, сохранившихся в древних породах.