深海中的一些微生物以一种此前未知的方式产生氧气。为了产生能量，古菌“海洋亚硝化单胞菌”（Nitrosopumilus maritimus）在氧气存在的情况下将氨氧化成硝酸盐。但当研究人员将这些微生物密封在无光无氧的密闭容器中时，它们仍然能够产生氧气，用于将氨氧化成亚硝酸盐。
海洋在维持大气中氧气含量方面发挥着关键作用。大气中约70%的氧气由海洋植物产生，热带雨林约占地球氧气总量的三分之一（28%），其余2%的氧气来自其他来源。海洋通过海洋植物（浮游植物、海带和藻类浮游生物）的光合作用产生氧气。
然而，海洋中生活着极少数的微生物，它们能在黑暗中，在没有阳光的情况下，通过一种不同于光合作用的过程产生氧气。海洋硝化单胞菌（Nitrosopumilus maritimus）正是凭借这种能力，加入了这少数微生物的行列。
古菌（或古细菌）是单细胞微生物，其结构与细菌相似（因此古菌和细菌都属于原核生物），但在进化上与细菌和真核生物截然不同，从而构成了第三类生物。古菌生活在低氧环境中，是专性厌氧菌（意味着它们无法在正常大气氧含量下生存），例如，嗜盐菌生活在极高盐度的环境中，产甲烷菌产生甲烷，嗜热菌生活在极高温度的环境中等等。
海洋中约 30% 的微生物浮游生物由氨氧化古细菌 (AOA) 组成，它们与亚硝酸盐氧化细菌 (NOB) 一起提供海洋中主要的无机氮源，并在海洋氮循环中发挥关键作用。
已知这两种古菌，即 AOA 和 NOB，在将氨氧化为亚硝酸盐的过程中都依赖于分子氧 (O 2 )。
NH₃ + 1.5 O₂ → NO₂⁻ + H₂O + H⁺
然而，这些古细菌在缺氧海洋环境中大量存在，氧气含量非常低甚至检测不到。 这是非常令人惊讶的，特别是考虑到它们没有已知的无氧代谢这一事实。 它们的能量代谢需要氧气，但它们存在于无法检测到氧气的环境中。 他们是如何做到的呢？
为了探究这一现象，研究人员在纳升（ 10⁻⁹ ）浓度的极低氧条件下培养了海洋亚硝化单胞菌（Nitrosopumilus maritimus）。他们发现，氧气耗尽后，该古菌能够在缺氧条件下产生少量氧气。它们产生的氧气用于氨的氧化，同时将亚硝酸盐还原为一氧化二氮（N₂O ）和氮气（N₂ ）。
这项研究揭示了厌氧氨氧化途径（即海洋亚硝化单胞菌在缺氧海洋环境中如何利用氧气将氨氧化为硝酸盐并产生能量），同时还发现了一种深海环境中氮气产生的新途径。
***
来源：
- 卡夫 B., 等 2022. 氨氧化古细菌的氧气和氮气生产。 科学。 6 年 2022 月 375 日。第 6576 卷，第 97 期，第 100-XNUMX 页。 DOI： https://doi.org/10.1126/science.abe6733
- Martens-Habbena W. 和 Qin W.，2022。无氧古菌硝化。 科学。 6 年 2022 月 375 日。第 6576 卷，第 27 期，第 28-XNUMX 页。 DOI： https://doi.org/10.1126/science.abn0373
***
