Lange tijd werd aangenomen dat cyanobacteriën voornamelijk verantwoordelijk waren voor het fixeren van stikstof op de vroege aarde, waardoor stikstof beschikbaar komt voor de biosfeer. Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie in Bremen, Duitsland, laten nu zien dat paarse zwavelbacteriën aanzienlijk kunnen hebben bijgedragen aan stikstofbinding onder de omstandigheden die heersen in de Proterozoïsche oceaan.

Stikstof is van vitaal belang voor alle vormen van leven:het maakt deel uit van eiwitten, nucleïnezuren en andere celstructuren. Dus, het was van groot belang voor de ontwikkeling van het leven op de vroege aarde om gasvormig distikstof uit de atmosfeer om te kunnen zetten in een biologisch beschikbare vorm:ammonium. Echter, het is nog niet duidelijk wie deze zogenaamde stikstoffixatie op de vroege aarde heeft uitgevoerd en met behulp van welk enzym. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie in Bremen hebben aangetoond dat onder vergelijkbare barre omstandigheden als in de Proterozoïsche oceaan, een voorheen ondergewaardeerde groep bacteriën kan stikstof zeer efficiënt binden.

Een "kleine Proterozoïsche oceaan" in de Zwitserse Alpen

Omdat de Proterozoïsche oceaan nauwelijks direct kan worden bestudeerd, de onderzoekers Miriam Philippi en Katharina Kitzinger van het Max Planck Instituut in Bremen en collega's vervingen het door een vergelijkbare moderne habitat:het alpiene meer van Cadagno in Zwitserland. In tegenstelling tot de meeste andere meren, Het meer van Cadagno is permanent gelaagd, wat betekent dat de bovenste en onderste waterlagen niet mengen.

Paarse zwavelbacteriën bewonen de overgangszone tussen de bovenste, zuurstofrijke laag en de onderste, zuurstofvrije en sulfidische laag. Daar, ze voeren fotosynthese uit en oxideren zwavel. "De ontdekking van fossielen van deze groep micro-organismen laat zien dat ze al minstens 1,6 miljard jaar geleden op onze planeet leefden, tijdens de Proterozoïcum eon, " zei Filippi, eerste auteur van de studie. "Vandaar, dit meer en deze bacteriën vertegenwoordigen een systeem dat in veel opzichten lijkt op de Proterozoïsche oceaan." het is zo geschikt om meer te leren over de processen op de vroege aarde.

Paarse zwavelbacteriën fixeren stikstof

Met behulp van een combinatie van biogeochemische en moleculaire analyses, Philippi en collega's ontdekten dat de paarse zwavelbacteriën in het Cadagno-meer stikstof zeer efficiënt fixeren. Stikstoffixatie is de omzetting van stikstofgas, die niet erg reactief is, in stikstofverbindingen die veel organismen kunnen gebruiken, bijvoorbeeld algen. "Voor zover we weten, dit is het eerste directe bewijs van stikstofbinding door paarse zwavelbacteriën in de natuur, ", legt co-auteur Katharina Kitzinger uit.

"We ontdekten dat ze het meest voorkomende enzym gebruiken in de huidige, molybdeen stikstofase, om dat te doen. Hoewel dit enzym niet zeldzaam is, we waren zeer verrast om het te vinden in het meer van Cadagno." Dit komt omdat er maar heel weinig molybdeen in het water is - net als in de Proterozoïsche oceaan, wat onderzoekers ertoe heeft gebracht te geloven dat niet-molybdeen-stikstofasen de overhand hadden op de vroege aarde. "Nu weten we dat molybdeen-stikstofase heel efficiënt werkt, zelfs bij lage molybdeenconcentraties."

"We geven dus de eerste indicatie dat paarse zwavelbacteriën mogelijk gedeeltelijk verantwoordelijk zijn geweest voor stikstoffixatie in de Proterozoïsche oceaan, "Vervolgde Philippi. "Tot nu toe, algemeen werd aangenomen dat cyanobacteriën toen de meeste stikstofbinding uitvoerden. We laten zien dat de rol van paarse zwavelbacteriën in dit proces waarschijnlijk is onderschat."

De studie is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .