MISO: Jak mikroorganizmy „oddychające rdzą” chronią oceany przed toksycznym siarkowodorem

Międzynarodowy zespół naukowców, którym przewodzili wybitni mikrobiolodzy Mark Musmann i Alexander Loy z prestiżowego Uniwersytetu Wiedeńskiego, ogłosił odkrycie nieznanego dotąd procesu biologicznego. Proces ten odgrywa fundamentalną rolę w regulacji globalnych cykli pierwiastków chemicznych. Ta nowo zidentyfikowana ścieżka metaboliczna otrzymała nazwę MISO, będącą skrótem od Microbial Iron Sulfide Oxidation, czyli Mikrobiologiczne Utlenianie Siarczku Żelaza. Mechanizm ten pozwala mikroorganizmom na wykorzystywanie stałych minerałów żelaza jako kluczowego źródła energii. Co równie istotne, w trakcie tego procesu skutecznie neutralizują one wysoce toksyczny siarkowodór, przyczyniając się do detoksykacji środowiska.

Badacze wiedeńscy i ich współpracownicy udowodnili, że interakcja zachodząca między trującym siarkowodorem a stałymi postaciami tlenku żelaza(III) – substancji, którą potocznie znamy jako zwykłą „rdzę” – wykracza poza ramy prostej reakcji chemicznej. Jest to w istocie złożony i dynamiczny proces biologiczny, napędzany przez życie. Mikroby MISO, do których należy na przykład gatunek Desulfovibrio alkaliphilus, zademonstrowały niezwykłą zdolność do „oddychania żelazem”. Potrafią one przekształcać siarczek w siarczan, osiągając tempo utleniania, które jest dziesięć razy szybsze niż w przypadku, gdyby reakcja zachodziła w środowisku abiotycznym, pozbawionym organizmów żywych. Ta szybkość ma krytyczne znaczenie dla równowagi ekologicznej.

Te niezwykle adaptacyjne mikroorganizmy zasiedlają specyficzne strefy beztlenowe. Można je znaleźć w głębokich morskich osadach dennych oraz w wilgotnych glebach. W tych środowiskach tlen jest praktycznie nieobecny, lecz życie, dzięki pomysłowości metabolicznej, znajduje alternatywną drogę przetrwania – właśnie poprzez wykorzystanie żelaza. Proces MISO jest metabolicznym mostem, który łączy redukcję żelaza(III) z jednoczesnym utlenianiem siarkowodoru. W ten sposób mikroby pozyskują energię niezbędną do wzrostu i rozmnażania się. Jest to mechanizm funkcjonalnie analogiczny do sposobu, w jaki rośliny wykorzystują energię słoneczną w procesie fotosyntezy, choć oparty na chemicznych związkach mineralnych.

Odkrycie to rzuca nowe światło na powiązania między kluczowymi cyklami biogeochemicznymi. Ten skomplikowany mechanizm metaboliczny spaja ze sobą cykle siarki, żelaza i węgla. W rezultacie, mikroorganizmy te pełnią rolę niewidzialnych, lecz fundamentalnych architektów globalnej równowagi klimatycznej. Badacze, analizując skalę tego zjawiska, oszacowali, że aktywność bakterii MISO może odpowiadać za utlenienie aż do 7% całkowitej globalnej ilości siarczku, który gromadzi się w osadach morskich na całym świecie. Jest to znaczący udział w regulacji chemicznej oceanów.

W kontekście ekologicznym, bakterie MISO działają jako potężny, naturalny bufor. Ich działalność jest kluczowa dla zapobiegania rozprzestrzenianiu się beztlenowych „martwych stref” w oceanach. Strefy te są obszarami, gdzie nadmierne nagromadzenie siarkowodoru prowadzi do masowego zaniku życia morskiego. Dzięki MISO, toksyczne związki są szybko neutralizowane, co pomaga w utrzymaniu zdrowia i bioróżnorodności ekosystemów morskich. Zrozumienie tego procesu jest niezbędne do modelowania wpływu zmian klimatycznych na chemię oceanów i prognozowania przyszłości środowisk wodnych.

Podsumowując znaczenie odkrycia, Alexander Loy podkreśla, że „To odkrycie demonstruje metaboliczną pomysłowość mikrobów i ich niezastąpioną rolę w kształtowaniu globalnych cykli biogeochemicznych”. Wyniki badań zostały szczegółowo opisane i opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma naukowego Nature. Otwierają one nowe horyzonty dla dogłębnego zrozumienia planetarnej stabilności i odporności Ziemi. Przypominają nam, że nawet najmniejsze i niewidzialne formy życia uczestniczą w skomplikowanej symfonii równowagi, którą z szacunkiem określamy mianem Żywej Ziemi.