Sólin Sólin Rís 10:46 • sest 16:31 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 23:18 • Sest 11:37 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 09:12 • Síðdegis: 21:35 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 03:00 • Síðdegis: 15:29 í Reykjavík
Sólin Sólin Rís 10:46 • sest 16:31 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 23:18 • Sest 11:37 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 09:12 • Síðdegis: 21:35 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 03:00 • Síðdegis: 15:29 í Reykjavík
LeiðbeiningarTil baka

Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=
Forsíða Náttúruvísindi og verkfræði Lífvísindi: dýrafræði Geta plöntur ekki bundið nitur eins og koltvísýring?

Flokkun:

15.1.2025
Náttúruvísindi og verkfræði Lífvísindi: dýrafræði
Náttúruvísindi og verkfræði Lífvísindi: almennt

Geta plöntur ekki bundið nitur eins og koltvísýring?

Arnar Pálsson

Stutta svarið

Þetta er ágætis spurning og stutta svarið við henni er að plöntur geta ekki bundið nitur af sjálfsdáðum. Nitur (einnig nefnt köfnunarefni) er algengasta frumefnið í andrúmsloftinu en er þó takmarkandi þáttur í mörgum vistkerfum, einmitt vegna þess að plöntur geta ekki tekið það beint úr loftinu. Lengi vel var talið að það sama ætti við um alla heilkjörnunga, það er að þeir gætu ekki bundið nitur. Nýlega fannst hins vegar niturbindandi frumulíffæri í sjávarþörungi og var sú uppgötvun talin vera ein af þeim tíu mikilvægustu á árinu 2024 af tímaritinu Science.

Lengra svar

Í lífríkinu eru tvær megingerðir af lífverum, dreifkjörnungar og heilkjörnungar. Til dreifkjörnunga heyra bakteríur og arkeur en til heilkjörnunga allar aðrar lífverur. Dreifkjörnungar hafa ekki eiginleg frumulíffæri sem eru afmörkuð með himnum. Heilkjörnungar, eins og amöbur, sveppir og blóm hafa hins vegar frumulíffæri. Þegar smásjár komu til sögunnar og aðferðir til að lita ákveðnar stórsameindir, var hægt að skilgreina flest frumulíffæri. Framfarir í sameindalíffræði hafa síðan gert kleif að merkja og fylgja eftir sameindum og kanna virkni þeirra, jafnvel í lifandi frumum.

Tvö veigamestu frumulíffærin í heilkjörnungum eru hvatberarnir, sem finnast í þeim öllum og eru nauðsynlegir fyrir orkubúskap, og grænukornin sem finnast í þeim heilkjörnungum sem geta ljóstillífað (eins og plöntum, græn- og brúnþörungum, og einfruma ljóstillífandi lífverum).

Nýtt frumulíffæri finnst

Nitur (köfnunarefni) er algengasta frumefnið í andrúmsloftinu og því gnótt af því í umhverfi okkar.[1] Engu að síður er nitur, ásamt fosfór, eitt af takmarkandi frumefnum í mörgum vistkerfum þar sem nitur í andrúmslofti er ekki á því formi sem plöntur geta nýtt sér. Þar þarf því eitthvað annað að koma til. Lengi hefur verið vitað að vissir hópar dreifkjörununga geta bundið nitur, en ekki heilkjörnungar - eða svo var lengi talið. Nú hefur annað hins vegar komið á daginn.

Líffræðingar hafa lengi rannsakað samlífi niturbindandi baktería og heilkjarna fruma eða lífvera, eins og samlífi örvera, sveppa og þörunga í fléttum. Því var jafnvel spáð að í einhverjum tilfellum gæti þetta leitt til samruna. Vísbendingar um niturbindingu samlífisörvera hafa fundist í nokkrum gerðum sjávarþörunga, meðal annars kísilþörunga. Þessi spá var staðfest árið 2024 þegar rannsóknargrein um efnið birtist í tímaritinu Science og í árslok lýsti tímaritið því yfir að þetta væri ein af tíu mikilvægustu uppgötvunum ársins.[2]

Rannsóknir hafa sýnt að í sjávarþörungi af tegundinni Braarudosphaera bigelowii er að finna frumulíffæri sem getur bundið nitur. Á myndinni sést fruma B. bigelowii og er niturkornið auðkennt með svartri ör.

Í rannsókninni var sjónum beint að eiginleikum frumulíffæris í sjávarþörungi (Braarudosphaera bigelowii) sem getur bundið nitur, og borist á milli kynslóða. Líffærið reyndist hafa sitt eigið erfðaefni og er af ætt niturbindandi dreifkjörnunga (nafnið er ekki endilega þjált, Candidatus Atelocyanobacterium thalassa). Rannsóknin sýndi að líffærið er ekki nýtt af nálinni, það finnst í nokkrum gerðum og hópum þörunga. Áætlað að það hafi orðið til fyrir um 100 milljón árum. Líklegast er að þörungurinn og bakterían hafi verið í samlífi sem hafi síðan orðið svo náið að dreifkjörnungurinn rann inn í þörunginn. Við samruna missti dreifkjörnungurinn sjálfstæði sitt, þá varð tilfærsla á erfðaefni og gen fluttist af litningi frumulíffæris yfir í erfðamengi hýsilsins. Það sást einmitt að mörg prótín í niturbindandi líffærinu eru framleidd eftir forskrift gena í kjarna heilkjörnungsins.

Samruni af þessu tagi kann að virðast fjarstæðukenndur og ólíklegur en tveir aðrir sambærilegir atburðir hafa gerst í sögu heilkjörnunga á jörðinni: Hvatberar urðu til við samruna bakteríu (alfa-próteobakteríu) við forföður heilkjörnunga og grænukornin eiga uppruna í blágrænbakteríu sem rann inn í heilkjarnafrumu. Þetta sést á byggingu líffæranna en einna skýrast í erfðaefni þeirra. Reyndar eru litningar hvatbera frekar stuttir, um 16.000 basapör í mönnum, og litningar grænukorna eru litlu stærri (120-170.000 basapör). En samsvörun genanna er samt nægileg til að greina uppruna þeirra.

Enn er margt á huldu um eiginleika niturbindandi frumulíffærisins og lífveranna sem yfir þeim búa. Einfruma heilkjörnungar eru ein helsta uppspretta undra og furða í lífríkinu og líklegt að í þeim ranni uppgötvist fleira álíka skrýtið og nýtt frumulíffæri. Enn er ekki til íslenskt nafn yfir þetta nýja frumulíffæri en hér er stungið upp á að fylgja nafngiftum hinna frumulíffæranna sem komu úr ríki dreifkjörnunga. Þá væri annað hvort hægt að tala um niturkorn eða niturbera.

Samantekt

  • Niturbinding hefur lengi vel aðeins verið þekkt meðal dreifkjörnunga
  • Niturbindandi líffæri fannst í sjávarþörungi árið 2024
  • Uppruni þess er fornt samlífi bakteríu og þörungs, fyrir um 100 milljónum ára

Heimildir og mynd:

Tilvísanir:
  1. ^ Nitur er um 78% af andrúmsloftinu, sjá nánar í svari við spurningunni Er hlutfall gastegunda í andrúmsloftinu alls staðar það sama?
  2. ^ Þakkir hafa Hafdís Helga Helgadóttir og Ingvar Þór Björnsson í morgunútvarpi Rásar 2 fyrir gott samtal um þessar uppgötvanir. Það var kveikjan að þessum pistli.

Höfundur

Arnar Pálsson

Arnar Pálsson

erfðafræðingur og prófessor í lífupplýsingafræði við HÍ

Útgáfudagur

15.1.2025

Spyrjandi

Hera Þ.

Efnisorð

Tilvísun

Arnar Pálsson. „Geta plöntur ekki bundið nitur eins og koltvísýring?“ Vísindavefurinn, 15. janúar 2025, sótt 18. janúar 2025, https://visindavefur.is/svar.php?id=87414.

Arnar Pálsson. (2025, 15. janúar). Geta plöntur ekki bundið nitur eins og koltvísýring? Vísindavefurinn. https://visindavefur.is/svar.php?id=87414

Arnar Pálsson. „Geta plöntur ekki bundið nitur eins og koltvísýring?“ Vísindavefurinn. 15. jan. 2025. Vefsíða. 18. jan. 2025. <https://visindavefur.is/svar.php?id=87414>.

Chicago | APA | MLA

Tengd svör

Skoða öll nýjustu svörin

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki

Senda grein til vinar

=

Geta plöntur ekki bundið nitur eins og koltvísýring?
Stutta svarið

Þetta er ágætis spurning og stutta svarið við henni er að plöntur geta ekki bundið nitur af sjálfsdáðum. Nitur (einnig nefnt köfnunarefni) er algengasta frumefnið í andrúmsloftinu en er þó takmarkandi þáttur í mörgum vistkerfum, einmitt vegna þess að plöntur geta ekki tekið það beint úr loftinu. Lengi vel var talið að það sama ætti við um alla heilkjörnunga, það er að þeir gætu ekki bundið nitur. Nýlega fannst hins vegar niturbindandi frumulíffæri í sjávarþörungi og var sú uppgötvun talin vera ein af þeim tíu mikilvægustu á árinu 2024 af tímaritinu Science.

Lengra svar

Í lífríkinu eru tvær megingerðir af lífverum, dreifkjörnungar og heilkjörnungar. Til dreifkjörnunga heyra bakteríur og arkeur en til heilkjörnunga allar aðrar lífverur. Dreifkjörnungar hafa ekki eiginleg frumulíffæri sem eru afmörkuð með himnum. Heilkjörnungar, eins og amöbur, sveppir og blóm hafa hins vegar frumulíffæri. Þegar smásjár komu til sögunnar og aðferðir til að lita ákveðnar stórsameindir, var hægt að skilgreina flest frumulíffæri. Framfarir í sameindalíffræði hafa síðan gert kleif að merkja og fylgja eftir sameindum og kanna virkni þeirra, jafnvel í lifandi frumum.

Tvö veigamestu frumulíffærin í heilkjörnungum eru hvatberarnir, sem finnast í þeim öllum og eru nauðsynlegir fyrir orkubúskap, og grænukornin sem finnast í þeim heilkjörnungum sem geta ljóstillífað (eins og plöntum, græn- og brúnþörungum, og einfruma ljóstillífandi lífverum).

Nýtt frumulíffæri finnst

Nitur (köfnunarefni) er algengasta frumefnið í andrúmsloftinu og því gnótt af því í umhverfi okkar.[1] Engu að síður er nitur, ásamt fosfór, eitt af takmarkandi frumefnum í mörgum vistkerfum þar sem nitur í andrúmslofti er ekki á því formi sem plöntur geta nýtt sér. Þar þarf því eitthvað annað að koma til. Lengi hefur verið vitað að vissir hópar dreifkjörununga geta bundið nitur, en ekki heilkjörnungar - eða svo var lengi talið. Nú hefur annað hins vegar komið á daginn.

Líffræðingar hafa lengi rannsakað samlífi niturbindandi baktería og heilkjarna fruma eða lífvera, eins og samlífi örvera, sveppa og þörunga í fléttum. Því var jafnvel spáð að í einhverjum tilfellum gæti þetta leitt til samruna. Vísbendingar um niturbindingu samlífisörvera hafa fundist í nokkrum gerðum sjávarþörunga, meðal annars kísilþörunga. Þessi spá var staðfest árið 2024 þegar rannsóknargrein um efnið birtist í tímaritinu Science og í árslok lýsti tímaritið því yfir að þetta væri ein af tíu mikilvægustu uppgötvunum ársins.[2]

Rannsóknir hafa sýnt að í sjávarþörungi af tegundinni Braarudosphaera bigelowii er að finna frumulíffæri sem getur bundið nitur. Á myndinni sést fruma B. bigelowii og er niturkornið auðkennt með svartri ör.

Í rannsókninni var sjónum beint að eiginleikum frumulíffæris í sjávarþörungi (Braarudosphaera bigelowii) sem getur bundið nitur, og borist á milli kynslóða. Líffærið reyndist hafa sitt eigið erfðaefni og er af ætt niturbindandi dreifkjörnunga (nafnið er ekki endilega þjált, Candidatus Atelocyanobacterium thalassa). Rannsóknin sýndi að líffærið er ekki nýtt af nálinni, það finnst í nokkrum gerðum og hópum þörunga. Áætlað að það hafi orðið til fyrir um 100 milljón árum. Líklegast er að þörungurinn og bakterían hafi verið í samlífi sem hafi síðan orðið svo náið að dreifkjörnungurinn rann inn í þörunginn. Við samruna missti dreifkjörnungurinn sjálfstæði sitt, þá varð tilfærsla á erfðaefni og gen fluttist af litningi frumulíffæris yfir í erfðamengi hýsilsins. Það sást einmitt að mörg prótín í niturbindandi líffærinu eru framleidd eftir forskrift gena í kjarna heilkjörnungsins.

Samruni af þessu tagi kann að virðast fjarstæðukenndur og ólíklegur en tveir aðrir sambærilegir atburðir hafa gerst í sögu heilkjörnunga á jörðinni: Hvatberar urðu til við samruna bakteríu (alfa-próteobakteríu) við forföður heilkjörnunga og grænukornin eiga uppruna í blágrænbakteríu sem rann inn í heilkjarnafrumu. Þetta sést á byggingu líffæranna en einna skýrast í erfðaefni þeirra. Reyndar eru litningar hvatbera frekar stuttir, um 16.000 basapör í mönnum, og litningar grænukorna eru litlu stærri (120-170.000 basapör). En samsvörun genanna er samt nægileg til að greina uppruna þeirra.

Enn er margt á huldu um eiginleika niturbindandi frumulíffærisins og lífveranna sem yfir þeim búa. Einfruma heilkjörnungar eru ein helsta uppspretta undra og furða í lífríkinu og líklegt að í þeim ranni uppgötvist fleira álíka skrýtið og nýtt frumulíffæri. Enn er ekki til íslenskt nafn yfir þetta nýja frumulíffæri en hér er stungið upp á að fylgja nafngiftum hinna frumulíffæranna sem komu úr ríki dreifkjörnunga. Þá væri annað hvort hægt að tala um niturkorn eða niturbera.

Samantekt

  • Niturbinding hefur lengi vel aðeins verið þekkt meðal dreifkjörnunga
  • Niturbindandi líffæri fannst í sjávarþörungi árið 2024
  • Uppruni þess er fornt samlífi bakteríu og þörungs, fyrir um 100 milljónum ára

Heimildir og mynd:

Tilvísanir:
  1. ^ Nitur er um 78% af andrúmsloftinu, sjá nánar í svari við spurningunni Er hlutfall gastegunda í andrúmsloftinu alls staðar það sama?
  2. ^ Þakkir hafa Hafdís Helga Helgadóttir og Ingvar Þór Björnsson í morgunútvarpi Rásar 2 fyrir gott samtal um þessar uppgötvanir. Það var kveikjan að þessum pistli.
...