Mikroorganismy hrají zásadní roli v udržování koloběhu síry, ovlivňující klimatické procesy. Výzkum objevil rozmanité, multifunkční mikroorganismy redukující sírany, schopné současně redukovat sírany a dýchat kyslík, čímž postavili předchozí vědecký konsensus na hlavu. (Technický koncept.)
Studium mikroorganismů relevantních pro životní prostředí ukazuje větší rozmanitost, než se dříve předpokládalo
Tým výzkumníků ukázal, že v přírodě existuje neuvěřitelně vysoká biologická rozmanitost mikroorganismů relevantních pro životní prostředí. Tato rozmanitost je nejméně 4,5krát větší, než bylo dříve známo. Vědci nedávno zveřejnili své poznatky v prestižních časopisech Příroda komunikace a FEMS mikrobiologické recenze.
Skrytý svět mikroorganismů je často přehlížen, ačkoli mnoho procesů souvisejících s klimatem je ovlivněno mikroorganismy, často spojovanými s úžasnou rozmanitostí organismů. Klasifikovat V rámci skupin bakterií a archaea (“archebakterie”). Například mikroorganismy redukující sírany přeměňují jednu třetinu organického uhlíku v mořských sedimentech na oxid uhličitý. Vzniká tak toxický sirovodík. Pozitivní je, že mikroorganismy oxidující síru jej rychle využívají jako zdroj energie a činí jej neškodným.
„Tyto procesy také hrají důležitou roli v jezerech, močálech a dokonce i v lidských střevech, aby udržely rovnováhu a zdraví přírody,“ říká profesor Michael Bester, vedoucí katedry mikroorganismů na Leibniz DSMZ a profesor na ústavu. Mikrobiologie na Technické univerzitě Braunschweig. Jedna studie zkoumala metabolismus jednoho z těchto nových mikroorganismů podrobněji a odhalila multifunkčnost, která byla dříve nedosažitelná.
Byla objevena velmi velká rozmanitost druhů mikroorganismů redukujících sírany. Reduktory síranů se nyní nacházejí v celkem 27 kmenech bakterií a archaea namísto šesti dříve známých. Kredit: DSMZ
Kritická bilance cyklu síry
Cyklus síry je jedním z nejdůležitějších a nejstarších biogeochemických cyklů na naší planetě. Zároveň úzce souvisí s cykly uhlíku a dusíku, což podtrhuje jeho důležitost. Je provozován především mikroorganismy redukujícími sírany a oxidujícími síru. Globálně reduktory síranů odvádějí asi třetinu organického uhlíku, který se každý rok dostane na mořské dno. Naproti tomu oxidační činidla síry spotřebují asi čtvrtinu kyslíku v mořských sedimentech.
Když se tyto ekosystémy vychýlí z rovnováhy, aktivity těchto mikroorganismů mohou rychle vést k vyčerpání kyslíku a hromadění toxického sirovodíku. To vytváří „mrtvé zóny“, kde zvířata a rostliny již nemohou přežít. To způsobuje nejen ekonomické škody, např. rybářství, ale také sociální škody ničením důležitých místních rekreačních oblastí. Je proto důležité pochopit, které mikroorganismy udržují homeostázu cyklu síry a jak to dělají.
Publikované výsledky ukazují, že druhová diverzita sulfát-redukujících mikroorganismů zahrnuje minimálně 27 kmenů (fyla). Dříve bylo známo pouze šest kmenů. Pro srovnání, v živočišné říši je v současnosti známých 40 kmenů Obratlovci Patří pouze k jednomu kmenu, Chordata.
Schematické znázornění degradace rostlinného pektinu – buď redukcí síranů nebo respirací kyslíku u nedávno objevených acidofilních bakterií. Kredit: DSMZ
Nově objevené multifunkční bakteriální druhy
Vědcům se podařilo zmapovat jeden z těchto nových „reduktorů síranů“ na málo prozkoumaný kmen Acidobacteria a studovali jej v bioreaktoru.
Pomocí nejnovějších metod z mikrobiologie životního prostředí se jim podařilo prokázat, že tyto bakterie mohou získávat energii z redukce síranů a dýchat kyslík. Tyto dvě cesty se obvykle vzájemně vylučují u všech známých mikroorganismů. Současně byli vědci schopni prokázat, že acidobakterie redukující sírany mohou rozkládat komplexní rostlinné sacharidy, jako je pektin – další dříve neznámá vlastnost „reduktorů síranů“.
Vědci tak postavili učebnicové znalosti na hlavu. Ukázali, že komplexní rostlinné sloučeniny mohou být degradovány za vyloučení kyslíku nejen koordinovanou interakcí mezi různými mikroorganismy, jak se dříve myslelo, ale také jedním bakteriálním druhem prostřednictvím zkratky.
Dr. Stefan Dyskma (vlevo) a prof. Dr. Michael Bester vedle bioreaktoru v DSMZ, kde lze studovat nové „sulfátové reduktory“. Kredit: DSMZ
Dalším novým objevem je, že tyto bakterie mohou k tomuto účelu využívat síran a kyslík. Vědci z DSMZ a Technické univerzity v Braunschweigu v současné době zkoumají, jak nové poznatky ovlivňují interakci mezi cykly uhlíku a síry a jak souvisí s procesy souvisejícími s klimatem.
Reference:
„Dýchání kyslíku a degradace polysacharidů acidofilními bakteriemi redukujícími sulfáty“ od Stefana Dijksmy a Michaela Bestera, 10. října 2023, Příroda komunikace.
doi: 10.1038/s41467-023-42074-z
„Globální diverzita a odvozená ekofyziologie mikroorganismů s odlišným potenciálem redukovat sírany/sulfáty“ od Mohi Diao, Stefana Dijksmy, Elif Koksoy, Davida Kamandy Ngugi, Karthika Anantharamana, Alexandra Lowe a Michaela Bestera, 5. října 2023, Mikrobiologické recenze FEMS.
doi: 10.1093/femsre/fuad058
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
