Chemici van de Cornell University hebben een nieuwe rol voor stikstofmonoxide ontdekt die biochemische leerboeken terug zou kunnen sturen voor herziening.

Ze hebben een cruciale stap in het nitrificatieproces geïdentificeerd, die gedeeltelijk verantwoordelijk is voor de uitstoot van schadelijke lachgas en zijn chemische neven in de atmosfeer door de landbouw, bijdragen aan de wereldwijde klimaatverandering.

Volgens de huidige biochemische modellen is anorganisch hydroxylamine de enige tussenpersoon die wordt gevormd wanneer bacteriën ammoniak - gebruikt in commerciële landbouwmeststoffen - omzetten in slapend nitriet. In deze nieuwe studie de chemici ontdekten dat hydroxylamine wordt omgezet in een ander tussenproduct - stikstofmonoxide - dat onder normale bodemomstandigheden fungeert als de chemische opmaat tot nitriet. Maar onder onvolmaakte bodemomstandigheden, stikstofmonoxide wordt omgezet in het krachtige broeikasgas lachgas. Het werk werd gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences , 17 juli.

"We hebben een gat in de stikstofkringlooppijpleiding gevonden. Omdat er lachgas uit de bodem in de atmosfeer ontsnapt, we weten nu waar de gaten zijn, " zei co-auteur Jonathan Caranto, postdoctoraal onderzoeker in de chemie. "Distikstofmonoxide wordt gemaakt van stikstofmonoxide - dat is de directe voorloper. Als je weet waar het stikstofmonoxide vandaan komt, je kunt goed inschatten of er lachgas vrijkomt."

Begrijpen hoe het model werkt, is de sleutel tot het vinden van oplossingen voor broeikasgassen. "Dit is wat het onderzoek oplevert:nieuwe gaten lokaliseren om te dichten. De gaten in de pijpleiding kunnen worden afgedicht. Als je het biochemische pad niet volledig begrijpt, je kunt niet weten waar de verontreinigende stoffen vandaan komen, " zei co-auteur Kyle Lancaster, assistent-professor scheikunde. "Anders, je fotografeert in het donker."

anno 2015, lachgas omvatte ongeveer 5 procent van de uitstoot van broeikasgassen in de atmosfeer, vergeleken met koolstofdioxide van 82 procent, volgens het Amerikaanse Environmental Protection Agency. Lachgas, echter, is een ozonafbrekend gas met een aardopwarmingsvermogen dat meer dan 300 keer groter is dan koolstofdioxide, zei Caranto. Stikstofmonoxide draagt ​​ook bij aan ozon op leefniveau en veroorzaakt zure regen.

Stikstofmonoxide speelt een belangrijke rol in de geneeskunde. Het journaal Wetenschap noemde het Molecule of the Year in 1992 vanwege zijn veelzijdigheid op het gebied van hartgezondheid. Wetenschapper Robert F. Furchgott, die werkte bij Cornell Medical College - nu Weill Cornell Medicine - van 1941 tot 1949, won in 1998 de Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde voor zijn rol in ons begrip van stikstofmonoxide.

Het nieuwe onderzoek toont aan dat stikstofmonoxide wordt gevormd op de weg van hydroxylamine naar nitriet wanneer bodembacteriën ammoniak als chemische brandstof gebruiken. Eerder, wetenschappers beweerden dat hydroxylamine direct wordt omgezet in nitriet. "Dit onderzoek kan een enorm verschil maken bij het herschikken van voorspellende stikstoffluxmodellen die wetenschappers gebruiken om bemestingspraktijken te optimaliseren, ' zei Lancaster.

De productie van broeikasgassen en nitriet zijn bijproducten van commerciële bemesting, en de processen die ze vormen, verminderen de efficiëntie van bemesting, zei Kyle. "Als je de vorming van deze soorten kunt vertragen, de oxidatie van ammoniak in kunstmest vertragen, hierdoor zal de 'verblijftijd' van stikstof in de bodem toenemen. Landbouw wordt efficiënter, zuiniger en duurzamer.”

Het kennen van deze stikstofmonoxidecomponent zou de verhouding tussen kosten en baten voor boeren en andere landbouwproducenten kunnen helpen verminderen. Lancaster zei:"Dit nieuwe onderdeel van modellen zou kunnen leiden tot een betere bemestingsplanning."