Urea håller arkéer vid liv i de kalla och mörka polarhaven
Encelliga arkéer representerar vid sidan av eukaryoter och bakterier en tredje domän på livets träd. I en ny studie som letts från Uppsala universitet visar forskare att arkéernas tillväxt och talrika förekomst i polarhaven beror på deras förmåga att ta upp urea för att tillgodose sitt energibehov.
Denna förmåga gör att de kan överleva och frodas i en av de mest ogästvänliga naturmiljöer som finns på jorden.
Från att tidigare ha betraktats som udda och ovanliga organismer som främst återfanns i väldigt salta, varma eller i syrefria miljöer, där de bland annat producerar växthusgasen metan, har forskare på senare tid kartlagt hur tidigare okända grupper av arkéer finns i stort antal i de flesta vatten- och markmiljöer. Dessa arkéers metabolism och funktion har varit okänd innan man för åtta år sedan lyckades isolera och odla så kallade Thaumarkéer i renkultur. Då fann man att de kunde tillgodose sitt energibehov genom att oxidera ammonium till nitrit och bilda biomassa från oorganiskt kol: nitrifikation.
I en studie som publiceras idag i tidskriften PNAS visar uppsalaforskare att dessa Thaumarkéer frodas i norra och södra ishavet, framför allt under årets kallaste och mörkaste månader, och att deras tillväxt och framgång i denna synbart ogästvänliga miljö kan förklaras med upptag och utnyttjande av urea.
Urea, som är en central molekyl i många olika organismers kvävemetabolism (bland annat i däggdjurens urin), förekommer normalt i högre halter än ammonium i dessa kalla vatten och är därför en mer tillförlitlig energikälla. Genom att omvandla urea till koldioxid och ammonium som sedan används för energiutvinning lyckas arkéerna växa även i frånvaro av solljus och organiska föreningar.
I denna forskningsstudie som letts av dr Laura Alonso-Saez och professor Stefan Bertilsson vid institutionen för ekologi och genetik, har man med hjälp av nya storskaliga sekvenseringsmetoder lyckats rekonstruera dessa köldälskande arkéers arvsmassa och därigenom beskrivit deras funktion och metabolism. Med olika isotop-baserade metoder har man dessutom påvisat Thaumarkéernas upptag av urea och andra föreningar och kartlagt kopplingen mellan deras förekomst och de specifika gener som möjliggör utnyttjandet av urea och oxidation av ammonium i både norra och södra ishavet.
– Forskningen om arkéernas arvsmassa bidrar till ökad förståelse av polarhavens biogeokemiska omsättning av kväve, kol och andra element och är ett slående exempel på hur mikroorganismer genom olika anpassningar lyckas växa framgångsrikt även i de kalla och mörka polarhav som representerar några av de mest ogästvänliga miljöerna på vår jord, säger Stefan Bertilsson.
KONTAKT OCH INFORMATION
För mer information, kontakta Stefan Bertilsson, tel: 018-471 2712, 070-1679034, e-post: stebe@ebc.uu.se
Alonso-Saez, L, Waller, A.S., Mende, D.R., Bakker, K, Farnelid, H, Yager, P.L., Lovejoy, C, Tremblay, J-E, Potvin, M, Heinrich, F, Estrada, M, Riemann, L, Bork, P, Pedros-Alio, C, and S Bertilsson 2012. Role for urea in nitrification by polar marine Archaea. Proc. Natl. Acad. Sci. USA.
