Tajemnice mikrobów oceanicznych: Rola stref beztlenowych w regulacji emisji potężnego gazu cieplarnianego N₂O

W głębinach oceanicznych, w rejonach, gdzie brakuje tlenu, zachodzi złożony proces biochemiczny o fundamentalnym znaczeniu dla równowagi klimatycznej Ziemi. Badania przeprowadzone przez zespół pod kierownictwem Xin Sun z Uniwersytetu Pensylwanii ujawniły, że mikroorganizmy morskie w tych warunkach beztlenowych (anaerobowych) aktywnie przetwarzają składniki odżywcze, prowadząc do powstawania podtlenku azotu ($ ext{N}_2 ext{O}$). Gaz ten jest niezwykle silnym czynnikiem cieplarnianym – jego zdolność do zatrzymywania ciepła jest około 300 razy większa niż w przypadku dwutlenku węgla ($ ext{CO}_2$). Ponadto, $ ext{N}_2 ext{O}$ przyczynia się do degradacji warstwy ozonowej.

Wyniki sześciotygodniowych obserwacji, które miały miejsce we Wschodnim Tropikalnym Pacyfiku Północnym i zostały opublikowane w czasopiśmie *Nature Communications* w 2025 roku, zmieniły dotychczasowe podejście naukowe. Zamiast skupiać się wyłącznie na reakcjach czysto chemicznych, badacze skoncentrowali się na dynamicznym funkcjonowaniu społeczności mikrobiologicznych. Ustalono, że to właśnie konkurencja między różnymi grupami drobnoustrojów, a nie tylko czynniki środowiskowe, stanowi główną siłę napędową generowania $ ext{N}_2 ext{O}$. Nawet minimalne wahania w dostępie do tlenu lub substancji odżywczych mogą wywołać gwałtowne skoki w wydzielaniu tego potężnego gazu cieplarnianego.

Aby wyjaśnić skomplikowany charakter tych procesów, Xin Sun posłużyła się trafną analogią z dwoma rodzajami punktów gastronomicznych. Szlak redukcji azotanów (Nitrate Reduction Pathway) porównała do pełnowartościowej piekarni, która działa najwydajniej, gdy azotany są obficie dostępne. Z kolei szlak redukcji azotynów (Nitrite Reduction Pathway) przypomina specjalistyczny sklep, którego funkcjonowanie jest uzależnione od tego, czy azotyny, rzadziej spotykane w środowisku morskim, przypadkowo „przepłyną” obok. To porównanie doskonale uwypukla bezpośrednią zależność emisji $ ext{N}_2 ext{O}$ od dostępności substratów początkowych w danym momencie.

Badanie ujawniło również, że zwiększenie poziomu tlenu nie powoduje prostego „wyłączenia” produkcji $ ext{N}_2 ext{O}$. Wręcz przeciwnie, wzbogacenie środowiska w tlen prowadzi do zmiany dominujących populacji mikrobiologicznych, które przejmują odpowiedzialność za generowanie gazu. Jak zauważyła Sun, tlen zmienia to, kto „trzyma stery” w tym procesie. Co więcej, zaskakującym odkryciem było to, że dodanie nadmiernej ilości składników odżywczych do systemu niemal całkowicie hamowało wydzielanie gazu, eliminując główne mikroby produkujące $ ext{N}_2 ext{O}$. Ten subtelny taniec ekologiczno-mikrobiologiczny jest kluczem do zrozumienia mechanizmów regulujących globalne emisje.

Zrozumienie tych złożonych interakcji ma kluczowe znaczenie dla tworzenia precyzyjnych modeli klimatycznych. Podtlenek azotu, który utrzymuje się w atmosferze przez okres do 114 lat, jest jednym z trzech głównych antropogenicznych gazów cieplarnianych. Odnotowano już wzrost jego stężenia o 22% w stosunku do poziomu sprzed epoki przemysłowej. Rozszerzanie się stref beztlenowych w oceanach, będące wynikiem interakcji prądów i bakterii, nie tylko zagraża ekosystemom morskim, ale także obniża zdolność oceanu do absorpcji $ ext{CO}_2$, co potęguje globalne ocieplenie. Włączenie tej dynamiki mikrobiologicznej do modeli pozwoli na dokładniejsze przewidywanie, jak działalność człowieka wpływa na najbardziej odległe zakątki naszej planety i przyszłość klimatu.