Microben die in de donkerste diepten van de oceanen leven, produceren zuurstof op een voor ons tot nog toe onbekende manier.

Het meeste zuurstof op aarde wordt geproduceerd via fotosynthese: een proces waarbij zonlicht wordt gebruikt om koolstofdioxide en water om te zetten in zuurstof en suikers. Bioloog Don Canfield van de Universiteit van Zuid Denemarken en zijn collega’s hebben nu echter een microbe gevonden die niet aan fotosynthese doet, maar toch zuurstof weet te produceren.

De onderzoekers stuitten op het fenomeen toen zij verschillende microben onderzochten die in de diepte van de oceanen leven. De leefomstandigheden zijn daar bar: het is er erg donker en de hoeveelheid zuurstof is laag. ‘We waren op zoek naar de minimale zuurstofconcentratie waaronder organismen nog steeds kunnen leven’, legt Canfield uit.

De natuur op de schop
LEES OOK
De natuur op de schop

Onbekend terrein

Tijdens het onderzoek bestudeerde het team de archaeon Nitrosopumilus maritimus. Archaea zijn eencellige organismen zonder celkern. Ze staan ook wel bekend als oerbacteriën. Deze specifieke archaeon kan ammoniak omzetten in stikstof via een chemisch proces dat oxidatie heet. Hier is zuurstof voor nodig. Daarom verblijft de microbe vaak in de zuurstofrijke gebieden van de oceaan. Toch kan de microbe ook overleven in de donkere delen van de oceaan, waar maar weinig zuurstof te vinden is – iets wat wetenschappers al lange tijd verbaast. ‘Niemand had enig idee waarom de archaeon daar was’, zegt Canfield.

De onderzoekers kweekten archaea-culturen in luchtdichte bakken, die zij in het donker plaatsten. Vervolgens verlaagden ze kunstmatig de zuurstofniveaus in deze bakken. Zo bootsten ze de leefomstandigheden na van de diepste delen van de oceaan.

Nieuwe methode

Toen de archaea-culturen het laatste restje zuurstof in de bakken hadden verbruikt, zagen de onderzoekers de hoeveelheid zuurstof plots stijgen. Ze zijn er nog niet over uit hoe de microben deze extra zuurstof produceerden.

Er zijn drie manieren waarop zuurstof op een natuurlijke manier in het donker geproduceerd kan worden, zonder het gebruik van fotosynthese. De onderzoekers zeggen echter dat de microben een ander biologisch mechanisme gebruiken, dat nog niet eerder is gezien. Dit concludeerden ze omdat er met de methode die N. maritimus gebruikt om zuurstof te maken, tegelijkertijd ook stikstofoxide vrijkomt. De combinatie van zuurstof en stikstofoxide komt niet voor bij de drie bekende methoden om zuurstof te maken.

Verrassing

‘Dit laat zien dat er onder het wateroppervlak mogelijk een geheel nieuwe manier is waarop het metabolisme functioneert, een manier waar wij nog totaal geen weet van hebben’, aldus Canfield. Hij vermoedt bovendien dat deze methode ook in andere organismen kan voorkomen.

‘Ammoniak-oxiderende archaea behoren tot de meestvoorkomende levende organismen op aarde’, zegt microbioloog Laura Lehtovirta-Morley van de Universiteit van East Anglia in het Verenigd Koninkrijk, die niet verbonden is aan dit onderzoek. ‘We weten nu al meer dan tien jaar dat zij een belangrijke rol spelen in de oxidatie van ammoniak, maar het feit dat zij ook zuurstof kunnen produceren is verrassend en enorm spannend.’