Uluslararası bir araştırma ekibi, yeni bir matematiksel model kullanarak, batan parçacıklardaki heterotrofik bakterilerin dünyanın okyanuslarının neredeyse tüm bölgelerinde azot fiksasyonu yapabildiğini gösterdi. Bremen ve Kopenhag'dan araştırmacıların hesaplamalarına göre, bu özel bakteriler küresel deniz azot fiksasyonunun yaklaşık yüzde onundan sorumludur . Çalışmanın sonuçları, prestijli Science Advances dergisinde yayınlandı. Çalışmaya Leibniz Tropikal Deniz Araştırmaları Merkezi (ZMT), Kopenhag Üniversitesi ve Danimarka Teknik Üniversitesi'nden araştırmacılar katıldı.
Azot, deniz organizmalarının yaşamı, büyümesi ve üremesi için hayati öneme sahiptir. Okyanusta bol miktarda bulunmasına rağmen, çoğu deniz türü azot gazını (N₂) doğrudan kullanamaz. Özel bakteriler onu, fotosentetik deniz organizmaları için kullanılabilir bir azot formu olan amonyuma dönüştürür. Bu süreç azot fiksasyonu olarak bilinir. Bu şekilde, deniz besin zinciri azot sağlanmasıyla desteklenir. Azot fiksasyonu ayrıca okyanuslar tarafından karbondioksit depolanmasında da çok önemli bir rol oynar.
Daha önce, güneş ışığı altında sıcak, düşük enlemli sularda yaşayan fotosentetik siyanobakterilerin öncelikle azot fiksasyonundan sorumlu olduğu varsayılıyordu. Bununla birlikte, son zamanlarda azot fiksasyonu yapabilen fotosentetik olmayan heterotrofik bakteriler de tespit edilmiştir. Bu bakteriler, deniz karı olarak da bilinen küçük parçacıklara bağlıdır ve enerji üretimi ve azot fiksasyonu için organik madde kullanırlar.
Siyanobakterilerin aksine heterotrofik bakteriler, tropikal sulardan kutup sularına, yüzeyden derin denizlere kadar çok çeşitli ortamlarda bulunurlar. Bu yaygın olay uzun zamandır bilimin kafasını karıştırıyordu.
Heterotrofik azot fiksatörleri ekolojik önemlerine rağmen, laboratuvarda yetiştirilmeleri ve incelenmeleri zor olduğundan fazla araştırılmamıştır. Bremen'deki Leibniz Tropikal Deniz Araştırmaları Merkezi (ZMT), Kopenhag Üniversitesi ve Danimarka Teknik Üniversitesi'nden bilim insanları, heterotrofik bakterilerin okyanustaki farklı koşullar altında hayatta kalmak ve azotu sabitlemek için nasıl adapte olduklarını anlamak istediler.
Deniz ekosistemlerinin matematiksel modellemesi konusunda uzmanlaşmış ZMT'den baş yazar Subhendu Chakraborty, "Heterotrofik bakterilerin azot fiksasyonunu düzenlemek için farklı çevresel faktörlerin nasıl etkileşime girdiğini sorduk" diyor. "Ayrıca bu mikroorganizmaların azot fiksasyon aktivitesinin ne kadar yaygın olduğunu ve küresel okyanustaki genel azot fiksasyonuna ne kadar katkıda bulunduklarını da bulmak istedik."
Araştırmacılar, laboratuvarda azot sabitleyen heterotrofik bakterileri inceleyemedikleri için sorularına cevap bulmak amacıyla matematiksel modellemeye başvurdular.
"Yeni modelimiz, batan deniz karı parçacıkları içinde yaşayan azot sabitleyici heterotrofik bakterileri yakalıyor ve azot sabitlenmesini nasıl düzenlediklerini ve büyümeyi nasıl desteklediklerini gösteriyor. Modelleme ayrıca bize bu mekanizmaların bu batan parçacıklardaki azot sabitlenmesinin küresel dağılımını nasıl yönlendirdiğini anlatıyor," diye açıklıyor ZMT'de sistem ekolojisti ve modelleyici olan ortak yazar Agostino Merico.
ZMT araştırmacısı Subhendu Chakraborty model hesaplamalarının yeni sonuçlarını şöyle özetliyor: "İlk kez, heterotrofik bakterilerin okyanustaki azot fiksasyonunun yaklaşık %10'undan sorumlu olduğunu hesaplayabiliyoruz. Bu, küresel azot fiksasyonu bütçesine büyük bir katkı. Modelimiz ayrıca bu katkının yaklaşık %85'inin tropikal oksijen minimum bölgelerinde gerçekleştiğini gösteriyor."
Kopenhag Üniversitesi'nde deniz biyoloğu olan ortak yazar Lasse Riemann şunları ekliyor: "Azot sabitleyici siyanobakteriler genellikle tropikal oksijen minimum bölgelerinde aktif değildir. Bu bölgeler iklim değişikliği nedeniyle genişledikçe, heterotrofik azot sabitleyicilerin rolünün daha iyi anlaşılması, besin döngülerinin ve deniz ekosistemlerinin küresel ısınmaya nasıl tepki vereceğini tahmin etmemize yardımcı olabilir."
Çalışmada yer alan Danimarka Teknik Üniversitesi'nde (DTU) teorik deniz ekolojisi uzmanı Ken Andersen, "Genetik materyallerinin okyanuslarda keşfedilmesi, bize azot bağlayıcı heterotrofik bakterilerin ne kadar yaygın olduğu konusunda genel bir fikir verebilir; ancak bu bakterilerden kaç tanesinin aktif olarak mevcut olduğu veya ne kadar azot bağladıkları konusunda ayrıntılı bilgi sağlayamaz" diyor. "Modelimiz sayesinde bu sınırlamaların üstesinden gelebildik ve azot sabitleyen heterotrofik bakteriler ve aktiviteleri hakkında daha iyi bir anlayışa sahip olduk."
Agostino Merico şöyle açıklıyor: "Modelimiz, heterotrofik bakterilerin -2 ila 24 °C arasında geniş bir sıcaklık aralığında azotu sabitleyebildiğini gösteriyor. Karşılaştırıldığında, siyanobakteriyel azot sabitleyicilerin sıcaklık aralığı yaklaşık 18 ila 38 °C'dir. Bu, heterotrofik azot sabitleyicilerin okyanusların her yerinde bulunmasını, siyanobakteriyel azot sabitleyicilerin ise sıcak tropikal ve subtropikal sularla sınırlı olmasını açıklamamıza yardımcı oluyor."
Araştırmacılar, yeni bulgularına dayanarak küresel okyanuslardaki azot fiksasyon modellerini ve biyojeokimyasal azot döngülerini yeniden değerlendirmeyi öneriyorlar. Bilim insanları, yayınlarında, elde ettikleri sonuçların küresel azot bütçesine ilişkin anlayışı derinleştirdiğini ve heterotrofik bakterilerin deniz ekosistemlerinde azot mevcudiyetinin korunmasında daha önce düşünülenden daha önemli bir rol oynadığını gösterdiğini belirtti.
Agostino Merico, "Bu çalışma, iklim değişikliği veya okyanustaki oksijen tükenmesi gibi çevresel değişikliklerin deniz biyoçeşitliliği ve ekosistem hizmetleri üzerinde önemli sonuçları olan besin döngülerinin nasıl değişebileceğini daha iyi tahmin etmek için bir temel sağlıyor" diye vurguluyor.
Subhendu Chakraborty, “Araştırmamız, tropikal deniz ekosistemlerinin sağlığı ve verimliliği için temel olan besin döngüsü gibi hayati okyanus süreçleri hakkındaki bilgimizi ilerletme yönündeki ZMT hedefine doğrudan katkıda bulunuyor” diye özetliyor. "Modelimizin gösterdiği tropikal ve subtropikal oksijen minimum bölgelerindeki yüksek orandaki heterotrofik azot fiksasyonunun ekosistemlerin işlevi ve dayanıklılığında önemli bir rol oynamasını bekliyoruz."
orijinal yayın
Ayrıca oku
Çalışma azot fiksatörleri teorisini çürütüyor | Dövüş
Çok sıcak, çok fazla gübre: GEOMAR, Baltık Denizi için sert sonuçlar konusunda uyarıyor | Dövüş
