بالنسبة للكثيرين، يعرف أكسيد النيتروز، أو غاز الضحك، فقط كمخدر في الحفلات أو لدى أطباء الأسنان، ومع ذلك، هذه المادة النيتروجينية بشكل كبير في ظاهرة الاحتباس الحراري.

وباعتباره غازاً دفيئاً، فإن تأثيره في الغلاف الجوي أقوى بثلاثمائة مرة تقريباً من تأثير ثاني أكسيد الكربون، كما أنه يلحق الضرر بطبقة الأوزون.

تقول الدكتورة كلوديا فراي من قسم العلوم البيئية بجامعة بازل: “إن انبعاث هذا الغاز الدفيء شبه المنسى له تاثير  على المناخ العالمي”.

وقد أجرت عالمة الكيمياء الحيوية الجيولوجية مؤخراً دراسةً حول الظروف التي تنتج فيها الكائنات الدقيقة أكسيد النيتروز في المحيط.

منذ القرن التاسع عشر، ازدادت تركيزات أكسيد النيتروز في الغلاف الجوي باطراد، ويعود ذلك أساساً إلى الأنشطة البشرية، مثل استخدام الوقود الأحفوري وتكثيف الزراعة.

على سبيل المثال، تحتوي الأسمدة على نسبة عالية من النيتروجين، الذي ينتهي به المطاف في الأنهار والبحيرات والمحيطات على شكل نترات، وهناك، تحول البكتيريا المواد النيتروجينية إلى غذاء وطاقة، وتنتج هذه العملية أيضاً أكسيد النيتروز، الذي يتسرب بعد ذلك إلى الغلاف الجوي.

التركيز على المناطق التي تعاني من نقص الأكسجين

إن عمليات إنتاج أكسيد النيتروز في المحيط معقدة، ولم تفهم إلا جزئياً حتى الآن.

ومع ذلك، من المعروف أن كمية كبيرة منه تطلق في المياه قليلة الأكسجين. وتُعد هذه المياه موطناً لمجتمعات ميكروبية خاصة تحول النترات إلى أكسيد النيتروز لتوليد الطاقة. ولذلك، قامت فراي بدراسة أعمق للعمليات التي تحدث في هذه المناطق.

أمضت الباحثة ستة أسابيع على متن سفينة بحثية على طول سواحل كاليفورنيا والمكسيك، وهناك تقع أكبر مناطق نقص الأكسجين في المحيط الهادئ. جمعت مئات العينات المائية من أعماق مختلفة، وأجرت بعض التحاليل والتجارب على متن السفينة.

وللحفاظ على العينات في حالتها الأصلية، كان لا بد من فحصها بدون أكسجين وفي غرف باردة، كل ذلك أثناء إبحار السفينة في المياه الاستوائية.

تعمل عملية التمثيل الغذائي للبكتيريا بشكل مختلف عن المتوقع

أسفرت الأبحاث عن نتائج مذهلة. حتى الآن، كان يُفترض أن تحويل النترات إلى أكسيد النيتروز لا ينجح إلا عند تركيزات منخفضة للغاية من الأكسجين.

إلا أن فراي، في عينات المياه التي أجرتها، استطاعت إثبات أن الميكروبات قادرة على القيام بذلك أيضاً عند تركيزات أكسجين أعلى بكثير، أي عند وجود الكثير من المواد العضوية في المناطق قليلة الأكسجين، على شكل طحالب ميتة صغيرة، على سبيل المثال.

نتيجة أخرى غير متوقعة: فضّلت البكتيريا دائماً اجتياز المسار الأيضي متعدد المراحل من النترات إلى أكسيد النيتروز، وكان يُعتقد سابقاً أن البكتيريا ستنتقل إلى مسار أقصر إذا توفر المنتج الوسيط اللازم لذلك في الماء. كان الافتراض أن هذا المسار المختصر يتطلب طاقة أقل، لكن التجارب أثبتت عدم صحة ذلك.

استخدمت فراي النتائج الجديدة لسد الثغرات في نموذج للنظام البيئي في المناطق قليلة الأكسجين، يأخذ هذا النموذج الآن في الاعتبار، على سبيل المثال، أن وجود المواد العضوية يزيد من قدرة البكتيريا على تحمل الأكسجين، وهذا يزيد أيضاً من عدد المناطق التي يُمكن فيها إنتاج أكسيد النيتروز.

تقول فراي: “عندما يتعلق الأمر بتنبؤات المناخ، من الضروري فهم ما يحدث في هذه المناطق الطرفية، خاصةً مع استمرار البشر في إضافة المزيد من النيتروجين إلى المسطحات المائية. ما يحدث في المحيطات مهم لنا، لأنها تغطى ثلثي كوكبنا”.