Vědci odhalili, proč je voda pod deltou Perlové řeky plná amoniaku: Klíčem je mikrobiální fermentace

Tým vědců pod vedením profesora Jimmyho Jiujiu Jiaoa z Hongkongské univerzity (HKU) a profesora Menga Liho ze Shenzhen University identifikoval mikrobiální fermentaci jako pravděpodobně hlavní cestu pro produkci amoniaku v sedimentech pod deltou Perlové řeky.

Tým vědců pod vedením profesora Jimmyho Jiujiu Jiaoa z Hongkongské univerzity (HKU) a profesora Menga Liho ze Shenzhen University identifikoval mikrobiální fermentaci jako pravděpodobně hlavní cestu pro produkci amoniaku v sedimentech pod deltou Perlové řeky. Tento objev pomáhá vysvětlit výjimečně vysoké přirozené hladiny amoniaku v podzemní vodě v regionu, které ji činí nevhodnou k pití bez úpravy. Předchozí studie sice spojovaly akumulaci amoniaku s organickou hmotou bohatou na dusík v jemnozrnných sedimentech a omezenou cirkulací podzemní vody, avšak konkrétní mikrobiální procesy a organismy zůstávaly nejasné.

Analýzou vzorků sedimentů z celé delty tým určil hlavní mikrobiální procesy a ukázal, jak hloubka sedimentu, jeho stáří a salinita ovlivňují mikrobiální společenstva a cesty produkce amoniaku. Zjištění byla nedávno publikována v časopise Nature Communications.

Fermentace jako hlavní cesta produkce amoniaku

Výzkumníci zkombinovali geochemické a metagenomické analýzy 36 vzorků sedimentů odebraných ze tří vrtů v různých hloubkách. Vzorky pokrývaly přibližně 13 000 let geologické historie a reprezentovaly terestrické, přechodné a mořské depozitní prostředí. Analýzou mikrobiálního genetického materiálu zachovaného v sedimentech tým rekonstruoval 770 reprezentativních metagenomicky sestavených genomů (MAGs), což poskytlo detailní vhled do přítomných mikroorganismů a jejich potenciálních metabolických funkcí. Mikrobiální společenstva a metabolický potenciál související s amoniakem se výrazně lišily podél gradientu pevnina-moře. Bakterie vykazovaly větší metabolickou flexibilitu napříč různými podmínkami sedimentů, což může pomoci vysvětlit tyto posuny, zatímco archea si spíše zachovávala konzervovanější funkční vlastnosti.

Výzkumníci zjistili, že geny související s fermentací byly nejhojnější ve všech třech depozitních zónách, což naznačuje, že fermentace je pravděpodobně primární mikrobiální cestou pro produkci amoniaku. Hojnost těchto genů klesala s hloubkou a stářím sedimentu, jak se vyčerpávala snadno degradovatelná organická hmota, což zanechávalo méně substrátů pro mikrobiální fermentaci a produkci amoniaku. Tato akumulace byla obzvláště výrazná v mořské zóně, kde jemnozrnné, organicky bohaté sedimenty podporují mikrobiální produkci a zároveň omezují proudění podzemní vody, čímž amoniak zachycují po tisíce let.

Kromě fermentace se další mikrobiální cesty zpracování dusíku také lišily podél gradientu pevnina-moře. Dusík se vyskytuje v několika chemických formách a v některých mikrobiálních cestách je dusičnan nejprve redukován na dusitan, který může být přeměněn na amoniak. V terestrické zóně byly geny spojené s prvním krokem – redukcí dusičnanů – druhé nejhojnější. V slanějších přechodných a mořských zónách se staly prominentnějšími geny spojené s druhým krokem – přímou přeměnou dusitanu na amoniak. Tyto rozdíly naznačují, že salinita a dostupnost dusičnanů a dusitanů ovlivňují, jak je amoniak produkován v různých depozitních prostředích. Mezi identifikovanými bakteriemi se jako potenciálně významný přispěvatel k cyklu amoniaku ukázal mořský rod Brevirhabdus. Pravděpodobně jde o pozůstatek minulých mořských depozitních podmínek, nese geny zapojené do fermentace a přeměny dusitanu na amoniak, což naznačuje, že starověká depozitní prostředí mohou i nadále ovlivňovat současnou chemii podzemní vody.