Det antogs länge att cyanobakterier var huvudsakligen ansvariga för att fixera kväve på den tidiga jorden, vilket gör kväve tillgängligt för biosfären. Forskare vid Max Planck-institutet för marin mikrobiologi i Bremen, Tyskland, visar nu att lila svavelbakterier kunde ha bidragit väsentligt till kvävefixering under de förhållanden som råder i det proterozoiska havet.

Kväve är avgörande för alla former av liv:Det är en del av proteiner, nukleinsyror och andra cellstrukturer. Således, det var av stor betydelse för utvecklingen av liv på den tidiga jorden att kunna omvandla gasformigt kväve från atmosfären till en biotillgänglig form – ammonium. Dock, det är ännu inte klarlagt vem som utförde denna så kallade kvävefixering på den tidiga jorden och med hjälp av vilket enzym. Nu, forskare vid Max Planck-institutet för marin mikrobiologi i Bremen har visat att under liknande karga förhållanden som i det proterozoiska havet, en tidigare underskattad grupp av bakterier kan fixera kväve mycket effektivt.

Ett "litet proterozoiskt hav" i de schweiziska alperna

Eftersom det proterozoiska havet knappast kan studeras direkt, forskarna Miriam Philippi och Katharina Kitzinger från Max Planck-institutet i Bremen och kollegor ersatte det med en jämförbar modern livsmiljö:den alpina sjön Cadagno i Schweiz. Till skillnad från de flesta andra sjöar, Lake Cadagno är permanent stratifierad, vilket innebär att de övre och nedre vattenskikten inte blandas.

Lila svavelbakterier bor i övergångszonen mellan de övre, syresatt skikt och det nedre, syrefritt och sulfidiskt skikt. Där, de utför fotosyntes och oxiderar svavel. "Upptäckten av fossiler av denna grupp av mikroorganismer visar att de redan levde på vår planet för minst 1,6 miljarder år sedan, under den proterozoiska eonen, sa Filippi, första författaren till studien. "Därav, denna sjö och dessa bakterier representerar ett system som liknar det proterozoiska havet i många aspekter." den är så väl lämpad för att lära sig mer om processerna på den tidiga jorden.

Lila svavelbakterier fixerar kväve

Genom att använda en kombination av biogeokemiska och molekylära analyser, Philippi och kollegor upptäckte att de lila svavelbakterierna i Lake Cadagno fixerar kväve mycket effektivt. Kvävefixering är omvandlingen av kvävgas, som inte är särskilt reaktiv, till kväveföreningar som många organismer kan använda, till exempel alger. "Så vitt vi vet, detta är det första direkta beviset på kvävefixering av lila svavelbakterier i naturen, " förklarade medförfattaren Katharina Kitzinger.

"Vi upptäckte att de använder det vanligaste enzymet i dag, molybdennitrogenas, att göra så. Även om detta enzym inte är ovanligt, vi blev mycket förvånade över att hitta den i sjön Cadagno." Detta beror på att det bara finns väldigt lite molybden i vattnet - precis som i det proterozoiska havet, vilket har fått forskare att tro att icke-molybdennitrogenaser rådde på den tidiga jorden. "Nu vet vi att molybdennitrogenas fungerar mycket effektivt, även vid låga molybdenkoncentrationer."

"Vi ger alltså den första indikationen på att lila svavelbakterier kan ha varit delvis ansvariga för kvävefixering i Proterozoiska havet, " fortsatte Philippi. "Tills nu, det antogs allmänt att cyanobakterier utförde det mesta av kvävefixeringen då. Vi visar att lila svavelbakteriers roll i denna process sannolikt underskattades."

Studien publiceras i Naturkommunikation .