Temui mikroba yang menghirup nitrat, bukan oksigen – dan mereka ada di mana -mana

Para ilmuwan telah menemukan bentuk simbiosis baru yang luar biasa-bakteri yang hidup di dalam organisme bersel tunggal (ciliate) dan memberikan energi. Tidak seperti mitokondria, yang menggunakan oksigen, mikroba ini memberi kekuatan pada inangnya dengan menghirup nitrat.

Awalnya ditemukan di danau air tawar, para peneliti berangkat untuk menentukan seberapa luas mikroba ini. Yang mengejutkan mereka, mereka menemukan mereka di lingkungan yang beragam di seluruh dunia, dari danau dan air tanah hingga air limbah. Penemuan ini menantang pemahaman kita tentang kemitraan mikroba dan mengungkapkan bagaimana organisme kecil ini memainkan peran tersembunyi namun penting dalam ekosistem global.

Penemuan simbiosis baru

Pada tahun 2021, para ilmuwan di Max Planck Institute for Marine Microbiology di Bremen, Jerman, membuat penemuan yang luar biasa: bakteri unik yang hidup di dalam ciliate-eukariota bersel tunggal-dan menyediakan energi. Hubungan simbiotik ini mirip dengan peran mitokondria dalam sel, tetapi dengan satu perbedaan utama: alih -alih menggunakan oksigen, endosimbiont ini menghasilkan energi dengan bernafas nitrat.

Untuk lebih memahami distribusi dan keragaman mikroba yang tidak biasa ini, para peneliti di Bremen memperluas studi mereka. Sekarang para peneliti dari Bremen berangkat untuk mempelajari lebih lanjut tentang distribusi lingkungan dan keragaman simbion yang aneh ini. “Setelah penemuan awal kami tentang simbion ini di danau air tawar, kami bertanya -tanya seberapa umum organisme ini ada di alam,” jelas Jana Milucka dari Max Planck Institute for Marine Microbiology. “Apakah mereka sangat jarang dan karenanya menghindari deteksi begitu lama? Atau apakah mereka ada di tempat lain dan jika demikian, apa kapasitas metabolik mereka? ”

Penghuni global

Untuk menemukan jawaban, para ilmuwan mencari basis data sekuensing publik yang besar yang mengandung data genetik dari berbagai sampel lingkungan. Temuan mereka mengejutkan: Simbion ini muncul di sekitar 1.000 kumpulan data yang berbeda. “Kami terkejut betapa di mana -mana mereka. Kami dapat menemukan mereka di setiap benua yang dihuni, ”kata Milucka. “Selain itu, kami belajar bahwa mereka dapat hidup tidak hanya di danau dan habitat air tawar lainnya tetapi juga di air tanah dan bahkan air limbah.”

Temui Keluarga: Anggota Baru melakukan trik baru

Para ilmuwan menemukan tidak hanya simbion asli dalam kumpulan data ini, tetapi juga beberapa kerabat dekat baru. “Kami akhirnya mengidentifikasi empat spesies baru, dua di antaranya sebenarnya merupakan genus baru. Karena genus baru dari Symbionts ini kemungkinan memiliki peran yang sama dengan Azoamicus yang awalnya ditemukan (nama yang berarti “Nitrogen Friend”), kami menamai genus baru Azosocius (“Nitrogen Associate”), menjelaskan penulis pertama Daan Speth. “Beruntung bagi kami, salah satu spesies Azosocius baru diambil tidak terlalu jauh dari Bremen, dari sampel air tanah di Hainich, Jerman.”

Kemampuan Berevolusi: Koneksi Oksigen yang Mengejutkan

Sekarang para ilmuwan ingin menggali lebih dalam kehidupan spesies baru ini. Berkat kolaborasi dengan Kirsten Küsel dan akan overholt dari Universitas Friedrich Schiller di Jena, Jerman, yang awalnya mengumpulkan sampel Hainich, mereka dapat mengakses situs pengambilan sampel dan melihat ke dalam data metatranskriptomik, yaitu data yang menggambarkan ekspresi gen dalam sampel dan menunjukkan aktivitas mikroba.

“Di sini, kami berada dalam kejutan lain – simbion pernapasan ini dapat melakukan trik baru,” lanjut Speth. Berbeda dengan spesies Symbiont asli, yang hanya dapat melakukan respirasi anaerob (yaitu denitrifikasi), semua spesies Symbiont baru sebenarnya mengkodekan terminal oksidase – enzim yang memungkinkan mereka juga menata ulang oksigen selain nitrogen. “Ini dapat menjelaskan mengapa kami menemukan simbion ini juga di lingkungan yang sepenuhnya atau sebagian oksi.”

Implikasi Evolusi dan Ekologis

Hasil ini, sekarang disajikan dalam jurnal Komunikasi Alam, Jawab pertanyaan terbuka para ilmuwan tentang biogeografi Symbiont. “Berkat penemuan spesies baru ini, kita sekarang juga dapat mulai memikirkan lebih banyak tentang evolusi mereka,” Milucka melihat ke depan. “Kami mudah -mudahan dapat memahami lebih baik bagaimana simbiosis yang bermanfaat ini dimulai dan bagaimana mereka berkembang seiring waktu.”

Selain itu, ada aspek ekologis untuk penelitian ini: “Dengan melakukan denitrifikasi, simbiosis ini berdampak pada siklus nitrogen dari habitat masing -masing dan memiliki potensi untuk menghilangkan nutrisi, seperti nitrogen oksida, serta menghasilkan gas rumah kaca, seperti nitro oksida,” tambah Speth.

Keajaiban simbiosis mikroba

Dan yang tak kalah pentingnya, ada apresiasi sederhana dari dunia mikroba yang menarik. “Organisme ini adalah keajaiban alam,” Milucka antusias. “Protista mampu seperti inovasi metabolik yang menakjubkan, seringkali karena mereka dengan mudah melompat ke dalam hubungan dengan prokariota. Bagi saya, ini hanya menarik. Ketika datang untuk memahami evolusi eukariota, organisme ini adalah bagian penting dari teka -teki. ”

Referensi: “Potensi genetik untuk respirasi aerobik dan denitrifikasi dalam endosimbion pernapasan yang didistribusikan secara global” oleh Daan R. Speth, Linus M. Zeller, Jon S. Graf, Will A. Overholt, Kirsten Küsel dan Jana Milucka, 8 November 2024, Komunikasi Alam.
Doi: 10.1038/s41467-024-54047-x