Минералы играют недавно обнаруженную роль в фосфорном цикле Земли

Ученые из Северо-Западного университета открыли новый механизм круговорота фосфора в природе, который восполняет пробелы в нашем понимании этого важного цикла на Земле. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Фосфор, жизненно важный для роста растений элемент, является ключевым компонентом удобрений. Без него фермеры не смогли бы поддерживать здоровье растений и увеличивать урожайность. Таким образом, знание цикла фосфора имеет решающее значение для обеспечения мировых запасов продовольствия.

Хотя органические формы фосфора широко распространены в почвах, растениям и микробам необходим неорганический фосфор для роста. В органической форме фосфор связан с атомами углерода через кислород. Поэтому растения и микробы выделяют ферменты, чтобы разрывать углеродные связи и высвобождать доступный неорганический фосфор.

До недавнего времени считалось, что только ферменты растений и микробов преобразуют органический фосфор в неорганический. Однако новое исследование показывает, что оксид железа, природный минерал в почвах и отложениях, способен выполнять ту же функцию. Ученые обнаружили, что минералы оксида железа перерабатывают фосфор с такой же скоростью, как и ферменты.

"Сейчас основным источником фосфора для удобрений является добыча полезных ископаемых", — объясняет Людмила Аристилде, руководитель исследования. "Этот ресурс конечен, и его запасы могут исчерпаться в течение ближайших десятилетий. Мы ищем природные способы переработки фосфора, чтобы обеспечить продовольственную безопасность. Для этого необходимо понимать механизмы переработки природного фосфора. Наше исследование показало, что минералы играют важную роль в этом процессе."

Когда мертвая растительность или микробы разлагаются в почве, они оставляют после себя питательные вещества, включая ДНК и РНК — важные источники органического фосфора. Микробы и растения используют ферменты для расщепления этих молекул и высвобождения фосфора. До сих пор считалось, что ферменты — единственный механизм переработки органического фосфора.

Однако команда Аристилде решила исследовать возможное участие минералов в этом процессе. Они изучили влияние оксидов железа на фосфор в почвах и отложениях. В лабораторных экспериментах ученые обнаружили, что часть неорганического фосфора исчезала, что заставило их предположить, что он прилипает к поверхности оксида железа. Специализированный рентгеновский анализ подтвердил эту гипотезу.

Команда измерила количество неорганического фосфора, образующегося из нуклеотидов, и обнаружила, что минералы перерабатывают фосфаты с эффективностью, сравнимой с биологическими процессами. Это открытие изменяет наше понимание круговорота фосфора и может быть полезным для изучения соседних планет, таких как Марс, где присутствуют оксиды железа.

"Марс красный из-за оксидов железа", — добавляет Аристилде. "Если там будет найден неорганический фосфор, это может указывать на органическое происхождение от возможной жизни."