Daha Önce Düşünülenden Çok Daha Fazla Bakteri Sera Gazı Üretiyor!

Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayınlanan bir çalışmada Caltech araştırmacıları, birçok bakterinin düşük oksijen koşullarında nitrat "solumasına" olanak tanıyan yeni bir enzim sınıfı keşfettiler.^[1] Bu, hayatta kalma için evrimsel bir avantaj sağlarken, süreç sonucunda karbondioksit ve metandan sonra üçüncü en güçlü sera gazı olan diazot monoksit (N₂O) yan ürün olarak üretilir.

Karbondioksitten farklı olarak, diazot monoksit atmosferde uzun ömürlü değildir, bu da emisyonlarını azaltmak için yapılan müdahalelerin anında fayda sağlayabileceği anlamına gelir. Örneğin, mahsuller için aşırı gübre kullanımı, toprak bakterilerine bol miktarda nitrat sağlar ve bu da onların diazot monoksit üretmesine neden olur. Gübrelerin daha akıllıca uygulanması hem sera gazı emisyonlarını azaltabilir hem de çiftçilerin para tasarrufu yapmasını sağlayabilir. Çalışmanın kıdemli araştırmacısı ve Jeobiyoloji Profesörü Woody Fischer şöyle söylüyor:

Diazot monoksit, karbondioksitten çok daha zor izlenen bir sera gazıdır, ancak bu araştırma sayesinde diazot monoksit üreten çok daha fazla kaynağın olduğunu biliyoruz. Bu gazın atmosfere ne zaman ve nerede salındığını anlamak, daha akıllıca kararlar almamıza yardımcı olabilir. Çok da uzak olmayan bir gelecekte bir çiftçi, toprağındaki mikrop toplulukları hakkında bilgi sahibi olarak gübreyi nasıl ve ne zaman kullanacağına dair bilinçli kararlar verebilir.

Eski doktora sonrası araştırmacısı ve çalışmanın başyazarı Ranjani Murali ve araştırmacı James Hemp’in başında olduğu ekip, Dünya'daki çeşitli ortamlarda bulunan on binlerce farklı mikrobiyal türün genomik dizilerini inceledi. Biyosferdeki çoğu hücre, oksijen solumak için belirli proteinleri kullanırken Murali ve ekibi, nitroz oksit soluyan ve bu süreçte diazot monoksit üreten yakından ilişkili proteinler geliştirmiş geniş bir redüktaz yelpazesi keşfetti.

Diazot monoksit ve nitrik oksit bakterilerin gübrelerde bulunan nitratı parçalarken, denitrifikasyon süreci sırasında, ortaya çıkan ara kimyasallardır. Bakteriler, oksijen seviyeleri atmosfer seviyesinin yaklaşık %10'unun altına düştüğünde, sulak alanlar, alpin topraklar, göller gibi birçok farklı ortamda oksijen solunumundan nitrik oksit solunumuna geçebilirler. Fischer şöyle devam ediyor:

Bu proteinler keşfedilmediği için diazot monoksitin üretildiği geniş biyosfer bölgelerini gözden kaçırdık. Artık genomik dizi bilgileri aracılığıyla hangi organizmaların hangi ortamlarda diazot monoksit ürettiğini çok daha doğru bir şekilde tahmin edebiliyoruz, ki düşündüğümüzden çok daha fazla var.

Jeobiyologlar daha önce, nitrat solunumu gibi anaerobik (oksijensiz) yolların, erken tek hücreli atalarımızda oksijen soluma yeteneğinden önce evrimleştiğine inanıyordu. Bu çalışma, Fischer'a göre "senaryoyu tersine çevirerek" ve nitrat solunumunu sağlayan proteinlerin aslında iki milyar yıl önce oksijen soluyanlardan evrimleştiğini gösteriyor. Şimdi Utah'taki Meliora.bio şirketinde olan eski Caltech doktora sonrası araştırmacısı ve çalışmanın yazarlarından James Hemp ise şöyle söylüyor:

Mikrobiyologlar genellikle karşılaştırmalı genomik temelinde mikropların hangi metabolizmaları gerçekleştirebileceğini tahmin ederler. Ancak, bu hipotezler nadiren deneysel olarak test edilir. Çalışmamız, mikrobiyolojide en çok çalışılan enzim ailelerinden birinin biyokimyasal çeşitliliğini büyük ölçüde artırdı. Ayrıca bu çalışma; deneysel doğrulama olmadan yapılan otomatik metabolik analizlerin, mikropların ve toplulukların işlevleri hakkında yanlış sonuçlara yol açabileceğine dair bir uyarı işlevi görüyor.