Microbiology of oxygen minimum zones
একটি অক্সিজেন ন্যূনতম অঞ্চল (ওএমজেড) বিশ্বের মহাসাগরগুলিতে অক্সিজেনের ঘাটতি স্তর হিসাবে চিহ্নিত করা হয়। সাধারণত মহাদেশের পশ্চিম উপকূলের মতো উচ্চ উৎপাদনশীল অঞ্চলের নিচে 200 মিটার থেকে 1500 মিটার গভীরের মধ্যে পাওয়া যায়। ওএমজেডগুলি বসন্ত-গ্রীষ্মের উত্থানের মরশুমের পরে মৌসুমী হতে পারে। পুষ্টি সমৃদ্ধ জলের উত্থানের ফলে উচ্চ উৎপাদনশীলতা এবং অস্থির জৈব পদার্থের সৃষ্টি হয়, যা হেটেরোট্রফস দ্বারা শ্বাস-প্রশ্বাসের মাধ্যমে জলের স্তম্ভের নিচে ডুবে যায়। উচ্চ শ্বাস-প্রশ্বাসের হার জলের কলামে অক্সিজেনকে 2 মিলিগ্রাম/এল বা তার কম ঘনত্বে হ্রাস করে ওএমজেড গঠন করে। সমুদ্রের ক্রমবর্ধমান ডিঅক্সিজেনেশন সহ ওএমজেডগুলি প্রসারিত হচ্ছে। এই অক্সিজেন-অভাবের পরিস্থিতিতে, শক্তি উচ্চতর ট্রফিক স্তর থেকে মাইক্রোবিয়াল সম্প্রদায়ের দিকে পরিচালিত হয় যা অক্সিজেনের পরিবর্তে অন্যান্য জৈব-ভূ-রাসায়নিক প্রজাতি ব্যবহার করার জন্য বিবর্তিত হয়েছে, এই প্রজাতির মধ্যে রয়েছে নাইট্রেট, নাইট্রাইট, সালফেট ইত্যাদি। বেশ কয়েকটি ব্যাকটেরিয়া এবং আর্কিয়া এই বিকল্প রাসায়নিক প্রজাতি ব্যবহার করে এই পরিবেশে বসবাসের জন্য অভিযোজিত হয়েছে এবং বিকশিত হয়েছে। ও. এম. জেড-এ সবচেয়ে বেশি পরিমাণে পাওয়া ফাইলা হল সিউডোমোনাডোটা, ব্যাকটেরোইডোটা, অ্যাক্টিনোমাইসেটোটা এবং প্ল্যাঙ্কটোমাইসেটোটা। অক্সিজেনের অনুপস্থিতিতে, জীবাণু বৈদ্যুতিক রাসায়নিক সিরিজের ক্রমে শ্বাস-প্রশ্বাস চালানোর জন্য অন্যান্য রাসায়নিক প্রজাতি ব্যবহার করে। নাইট্রেট এবং নাইট্রাইট হ্রাসের ফলে অক্সিজেন শ্বাস-প্রশ্বাসের মতো শক্তি পাওয়া যায়, তারপরে ম্যাঙ্গানিজ এবং আয়োডেট শ্বাস-প্রশ্বাস এবং সিরিজের নীচে সর্বনিম্ন পরিমাণে শক্তি পাওয়া যায় আয়রন এবং সালফেট হ্রাসকারী। জীবাণু দ্বারা এই রাসায়নিক প্রজাতির ব্যবহার বিশ্বের মহাসাগরগুলিতে তাদের জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্রাকারে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। অ্যানোক্সিক অবস্থায় জীবন নাইট্রোজেন সাইক্লিং সামুদ্রিক বাস্তুতন্ত্রে জৈবিক উৎপাদনশীলতা (সালোকসংশ্লেষণ) প্রায়শই নাইট্রোজেনের জৈব প্রাপ্যতা দ্বারা সীমাবদ্ধ থাকে। জৈব উপলভ্য নাইট্রোজেনের পরিমাণ (নাইট্রেট (এনও3−), নাইট্রাইট (এনও2−), এবং অ্যামোনিয়াম (এনএইচ4 +)) নির্ভর করে নাইট্রোজেন স্থিরকরণ থেকে ইনপুট এবং ডিনাইট্রোজেন গ্যাস (এন2) হিসাবে ডিনাইট্রিফিকেশন এবং অ্যানামক্স থেকে ক্ষতির উপর, যা শুধুমাত্র নাইট্রোজেন-ফিক্সিং ব্যাকটেরিয়ার জন্য অ্যাক্সেসযোগ্য একটি যৌগ। সমুদ্রপৃষ্ঠে ফাইটোপ্ল্যাঙ্কটন দ্বারা স্থির জৈব পদার্থে উপলব্ধ নাইট্রোজেন হ্রাস করে ডিনাইট্রিফিকেশন এবং অ্যানামক্স থেকে এন2 উৎপাদন নাইট্রোজেন চক্রকে বন্ধ করে দেয়। ওএমজেড-এ ডিনাইট্রিফিকেশন মহাসাগর থেকে অজৈব নাইট্রোজেনের উল্লেখযোগ্য ক্ষতির দিকে পরিচালিত করে, যা বিশ্বের অনেক অঞ্চলে বৃদ্ধি/উৎপাদনশীলতা সীমিত করে। ওএমজেডগুলি বিশ্বব্যাপী নাইট্রোজেন চক্রে তাদের ভূমিকার জন্য পরিচিত। যেহেতু বায়বীয় শ্বাস-প্রশ্বাসের জন্য কোনও অক্সিজেন উপস্থিত নেই, তাই অ্যানক্সিক সিস্টেমগুলি প্রাথমিকভাবে মাইক্রোবায়ালি-মিডিয়েটেড নাইট্রোজেন সাইক্লিং দ্বারা প্রভাবিত হয়। এন2 স্থিরকরণ ডায়াজোট্রফস (এন2 স্থিরকারী ব্যাকটেরিয়া এবং আর্কিয়া) দ্বারা সঞ্চালিত হয়, যা এন2 গ্যাসকে অ্যামোনিয়ায় (এনএইচ3) রূপান্তরিত করে। অক্সিজেন (ও2), আলো, ফসফরাস (পি), লোহা (ফে) এবং জৈব পদার্থের পাশাপাশি আবাসস্থলের তাপমাত্রার প্রাপ্যতা দ্বারা সমুদ্রে এন2 স্থিরকরণ এবং ডায়াজোট্রফের বিতরণ নির্ধারিত হয়। কিছু অ্যানক্সিক সিস্টেমে এন2 স্থিরকরণ পাওয়া গেছে, যা সাধারণত সালফেট রিডিউসার বা অক্সিডাইজারের সাথে যুক্ত। যাইহোক, অ্যানোক্সিক অবস্থার অধীনে হেটেরোট্রফিক ডিনাইট্রিফিকেশন একটি আরও প্রভাবশালী প্রক্রিয়া। ডিনাইট্রিফিকেশন হ 'ল গ্রিনহাউস গ্যাস নাইট্রাস অক্সাইড (এন 2 ও) সহ নাইট্রোজেনের (এন 2) বায়বীয় আকারে এন ও 3-এবং এন ও 2-এর হ্রাস। হেটেরোট্রফিক ডিনাইট্রিফিকেশন একটি বহু-ধাপের প্রক্রিয়া যা জৈব পদার্থ ব্যবহার করে ওএমজেড এবং পললের মতো অক্সিজেন-হ্রাসকৃত পরিবেশে এনও3-থেকে এন2 হ্রাস করে। ওএমজেড-এ, ডিনাইট্রিফিকেশন প্রক্রিয়ার বিভিন্ন ধাপ ব্যাকটেরিয়ার পৃথক গোষ্ঠী দ্বারা সঞ্চালিত হয় এবং এই ডিনাইট্রিফায়ারগুলি প্রায়শই সরাসরি ডুবন্ত জৈব পদার্থের কণাগুলিতে পাওয়া যায়, যা মাইক্রোবিয়াল ক্রিয়াকলাপের হটস্পট। ডিনাইট্রিফিকেশনের প্রথম ধাপ হল নাইট্রেট হ্রাস যেখানে প্রোটিন নাইট্রেট রিডাক্টেজ দ্বারা এনও3-কে এনও2-এ হ্রাস করা হয়। অ্যানেরোবিক অ্যামোনিয়া-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়া (অ্যানামক্স) হাইড্রাজিন অক্সিডোরিডাক্টেস নামক এনজাইম ব্যবহার করে এনও2-এবং এনএইচ4 + কে এন2-এ রূপান্তরিত করে। এই বাস্তুতন্ত্রে পরিচালিত জিনোমিক গবেষণায় দেখা যায় যে, এই ও. এম. জেড-গুলির মূলে অ্যামোনিয়াম (ডি. এন. আর. এ) এবং অ্যানামক্সে ডিজিমিলেটরি নাইট্রেট হ্রাসের জন্য দায়ী প্রোটিনের জন্য ক্রমবর্ধমান জিন এনকোডিং-এর প্রাচুর্য রয়েছে। এই ধরনের গবেষণাগুলি নাইট্রোজেন চক্রের মানচিত্র তৈরি করতে এবং জলের কলামে অনুপস্থিত সংযোগ এবং অনাবিষ্কৃত পথগুলি চিহ্নিত করার জন্য তথ্য সরবরাহ করে। ওএমজেড-এ এনএইচ4 +-এর উৎস হিসাবে অ্যানামক্সকে প্রায়শই ডিনাইট্রিফিকেশনের সাথে বা পলিতে ডিএনআরএ-র সাথে যুক্ত করা হয়। বিশাল সালফার-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়া থিওপ্লোকা এস. পি. পি দ্বারা গঠিত বড় ব্যাকটেরিয়ার মাদুরের উপস্থিতির কারণে ডি. এন. আর. এ শেল্ফ এবং পলির উপরের ঢালের কাছে এন. এইচ. 4 + সরবরাহ করার প্রভাবশালী প্রক্রিয়া হিসাবে দেখা গেছে। এবং বেগিয়াটোয়া এসপিপি। যা হ্রাসকৃত সালফার ব্যবহার করে এন ও 3-এবং/অথবা এন ও 2-কে এন এইচ 4 +-এ হ্রাস করে। ওএমজেড-এ এন ক্ষতির প্রায় 30-50% ডিনাইট্রিফিকেশন এবং অ্যানামক্স অ্যাকাউন্ট, যেখানে মোট এন ক্ষতি উপলব্ধ ডুবন্ত জৈব পদার্থের সরবরাহ দ্বারা নির্ধারিত হয়। উপরন্তু, অ্যামোনিয়াম এবং নাইট্রাইট জারণ অ্যানোক্সিক পরিবেশে এন সাইক্লিংয়ের মূল প্রক্রিয়া। অ্যামোনিয়াম জারণ হল নাইট্রিফিকেশনের প্রথম ধাপ এবং অ্যামোনিয়া-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়া (এওবি) এনএইচ3-কে এনও2-এ রূপান্তরিত করে। নাইট্রাইট-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়া (এনওবি) দ্বারা নাইট্রাইট জারণ দ্বারা অনুসরণ করা হয়, যা এনও2-কে এনও3-এ রূপান্তরিত করে। অ্যামোনিয়াম এবং নাইট্রাইট অক্সিডাইজারগুলির O2-এর প্রতি উচ্চ অনুরাগ রয়েছে এবং অ্যামোনিয়াম এবং নাইট্রাইটকে জারিত করতে O2-এর ন্যানোমলার ঘনত্ব ব্যবহার করতে পারে। O2-এর এই ছোট ঘনত্বগুলি প্রোক্লোরোকোকাস এসপিপি দ্বারা সালোকসংশ্লেষণের মাধ্যমে সরবরাহ করা যেতে পারে। অথবা জেট এবং এডি দ্বারা অনুভূমিক মিশ্রণ দ্বারা। অ্যানোক্সিক পরিবেশে, অ্যামোনিয়াম এবং নাইট্রাইট জারণ এবং অ্যামোনিয়াম এবং নাইট্রাইটের জন্য অ্যানামক্স এবং ডিনাইট্রিফিকেশনের মধ্যে প্রতিযোগিতা ওএমজেড-এ নাইট্রোজেন হ্রাস নিয়ন্ত্রণে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। অ্যানামক্স ব্যাকটেরিয়ার জন্য অ্যামোনিয়ামের উৎস নাইট্রাইটের (অ্যানামক্স) সাথে অ্যানেরোবিক অ্যামোনিয়াম জারণ খোলা সমুদ্রের অ্যানোক্সিক অঞ্চলে স্থির নাইট্রোজেন অপসারণের একটি প্রধান পথ। অ্যানামক্সের জন্য অ্যামোনিয়ামের একটি উৎস প্রয়োজন, যা অ্যানোক্সিক অবস্থার অধীনে হেটেরোট্রফিক ডিনাইট্রিফিকেশনের মাধ্যমে ডুবন্ত জৈব পদার্থের ভাঙ্গন দ্বারা সরবরাহ করা যেতে পারে। যাইহোক, অনেক জায়গায় যেখানে অ্যানামক্স দেখা যায়, ডিনাইট্রিফিকেশন হার ছোট বা সনাক্ত করা যায় না। ডিনাইট্রিফিকেশনের চেয়ে এন. এইচ. 4 +-এর বিকল্প উৎস, যেমন ডি. এন. আর. এ, সালফেট-হ্রাসকারী পলল থেকে বিস্তার এবং সংযোজন, বা অ্যানোক্সিক জলের সীমানায় মাইক্রোএরোবিক রিমিনারালাইজেশন থেকে, অ্যানামক্স ব্যাকটেরিয়া সম্প্রদায়গুলিকে এন. এইচ. 4 + সরবরাহ করতে পারে, যদিও এটি এখনও স্পষ্ট নয় যে তারা প্রক্রিয়াটিকে কতটা প্রভাবিত করতে পারে। এনএইচ4 +-এর আরেকটি উৎস, যা ওএমজেড-এর এন চক্রে অ্যানামক্সের বিচ্ছিন্নকরণ এবং ডিনাইট্রিফিকেশনে অবদান রেখে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, তা হল উল্লম্বভাবে স্থানান্তরিত প্রাণীদের দ্বারা এনএইচ4 +-এর নিঃসরণ। শিকার থেকে বাঁচতে, জুপ্ল্যাঙ্কটন এবং মাইক্রোনেকটনের ডাইল ভার্টিকাল মাইগ্রেশন (ডিভিএম) খোলা সমুদ্রের প্রধান ওএমজেডগুলির অ্যানোক্সিক স্তরে পৌঁছতে পারে এবং যেহেতু প্রাণীরা বেশিরভাগ এনএইচ 4 + হিসাবে হ্রাসপ্রাপ্ত এন নির্গত করে, তারা সরাসরি অ্যানামক্সকে জ্বালানি দিতে পারে এবং এটিকে ডিনাইট্রিফিকেশন থেকে বিচ্ছিন্ন করতে পারে। জুপ্লাঙ্কটন এবং মাইক্রোনেকটন স্থানান্তরের মাধ্যমে জৈব পদার্থের নিম্নমুখী রপ্তানি সাধারণত ইউফোটিক জোনের গোড়ায় কণাগুলির তুলনায় ছোট হয়। যাইহোক, ডুবন্ত কণাগুলি গভীরতার সাথে দ্রুত গ্রাস করা হয় এবং অভিবাসীদের দ্বারা সক্রিয় পরিবহন গভীর স্তরগুলিতে কণা পুনর্নির্মাণকে অতিক্রম করতে পারে যেখানে প্রাণীরা দিনের বেলা জড়ো হয়। ফলস্বরূপ, অ্যানোক্সিক জলের অভ্যন্তরে উল্লম্বভাবে স্থানান্তরিত প্রাণীদের দ্বারা এনএইচ4 + এর নিঃসরণ নির্দিষ্ট এন অপসারণ পথের মধ্যে ভারসাম্য পরিবর্তন করতে পারে, অ্যানামক্স এবং ডিনাইট্রিফিকেশনকে বিচ্ছিন্ন করতে পারে এবং সাধারণ স্টোইকিওমেট্রি দ্বারা পূর্বাভাস দেওয়া মানগুলির উপরে অ্যানামক্সকে বাড়িয়ে তুলতে পারে। মিথেনোজেনেসিস হল এমন একটি প্রক্রিয়া যার মাধ্যমে মিথেনোজেন জীবাণু মিথেন (সিএইচ4) গঠন করে। ওএমজেডগুলি খোলা মহাসাগরে সর্বাধিক পরিমাণে মিথেন ধারণ করে বলে জানা যায়। মিথেনোজেনগুলি মিথেনকে জারিত করতে পারে কারণ তাদের এটি করার জন্য জিন রয়েছে, তবে এর জন্য অক্সিজেনের প্রয়োজন যা তারা উপরের অ্যানোক্সিক জোনে সালোকসংশ্লেষক জীব থেকে পায়। সিলিয়েট মিথেনোজেনেসিসকে সহজতর করতে সিম্বিওসিসের মাধ্যমে মিথেনোজেনদের সহায়তা করতে পারে। যেহেতু সিলিয়েটগুলিতে হাইড্রোজেনোসোম থাকে, যা কম অক্সিজেন পরিস্থিতিতে হাইড্রোজেন অণু মুক্ত করে, তাদের এন্ডোসিম্বায়োটিক মিথেনোজেন হোস্ট করার ক্ষমতা রয়েছে। সালফেট হ্রাস সালফেট হ্রাস, যা সালফেট-হ্রাসকারী অণুজীবের সাহায্যে ঘটে, গুপ্ত সালফার চক্রে ব্যবহৃত হয়। এই চক্রটি ক্রমাগত জারণ এবং সালফেটের হ্রাস এবং অক্সিজেনের পরিবর্তে প্রান্তিক ইলেক্ট্রন গ্রহণকারী হিসাবে সালফেট ব্যবহার করে। এই চক্রটি চিলির উপকূলে অ্যানোক্সিক জলে শক্তি প্রবাহে অবদান রাখতে সহায়তা করার উদ্দেশ্যে তৈরি করা হয়েছিল। অ্যারোবিক মাইক্রোবিয়াল রেসপিরেশন অ্যারোবিক জীবের বেঁচে থাকার জন্য অক্সিজেনের প্রয়োজন হয় এবং ওএমজেড-এ অক্সিজেন সীমিত হয়ে যাওয়ার সাথে সাথে ব্যাকটেরিয়া নাইট্রেটের মতো জৈব পদার্থকে জারিত করতে অন্যান্য অণু ব্যবহার করতে শুরু করে। ওএমজেড-এ বায়বীয় শ্বাস-প্রশ্বাস জৈব পদার্থকে পুনরায় খনিজায়িত করতে সহায়তা করে এবং বেশিরভাগ উপরের অক্সিজেন ন্যূনতম অঞ্চলের জন্য অ্যামোনিয়ামের একটি প্রধান উৎস। এটিও দেখা গেছে যে ওএমজেড থেকে ব্যাকটেরিয়া স্বাভাবিক জলের ব্যাকটেরিয়ার তুলনায় শ্বাস-প্রশ্বাসের জন্য এক-ষষ্ঠাংশ অক্সিজেন ব্যবহার করে। জলবায়ু পরিবর্তনের কারণে পরিবর্তন আরও দেখুন মহাসাগরীয় ডিঅক্সিজেনেশন অ্যানোক্সিক ইভেন্ট অ্যানোক্সিক ওয়াটার্স ডেড জোন (বাস্তুসংস্থান) মহাসাগর অ্যাসিডিফিকেশন রেফারেন্স পরিবেশগত অণুজীববিজ্ঞান জৈবিক সমুদ্রবিজ্ঞান