Дослідники Північно-Західного університету відкрили, що оксиди заліза в ґрунті діють як надзвичайно ефективні каталізатори перетворення органічного фосфору в неорганічний, який необхідний для живлення рослин. Це відкриття може кардинально змінити наше розуміння циклу фосфору в природі. Воно також може сприяти розробці нових підходів до використання фосфорних добрив у сільському господарстві.
Оксиди заліза здатні прискорювати процес перетворення фосфору зі швидкістю, порівнянною з ферментами. Це суперечить традиційному погляду, за яким оксиди заліза вважалися лише “поглиначами” фосфору. Нове дослідження виявило їхню значно важливішу роль в екосистемах.
Життєво важливий елемент під загрозою
Фосфор є незамінним елементом для всіх живих організмів на Землі. Він входить до складу ДНК та інших критично важливих біомолекул. Без достатньої кількості фосфору неможливе нормальне функціонування живих систем.
Рослини можуть засвоювати фосфор лише в неорганічній формі. Однак у природі більшість фосфору існує в органічній формі. Традиційно вважалося, що лише ферменти мікробів і рослин здатні перетворювати органічний фосфор у неорганічний.
Протягом століть фермери вносили фосфорні добрива у ґрунт для підвищення врожайності. Фосфор не лише покращує якість врожаю, але й сприяє формуванню коренів та насіння. Однак світові запаси фосфоритів, з яких видобувають цей елемент, обмежені.
Нове розуміння природних процесів
Команда професорки Арістіде дослідила три найпоширеніші типи оксидів заліза: гетит, гематит і феригідрит. Вчені вивчали взаємодію цих мінералів з різними структурами рибонуклеотидів. Ці експерименти допомогли визначити швидкість та ефективність каталітичних реакцій.
У ході досліджень виявилося, що різні оксиди заліза мають різну каталітичну активність. Гетит виявився більш ефективним з рибонуклеотидами, що містять три фосфорні групи. Гематит краще працював з рибонуклеотидами з однією фосфорною групою.
Цікаво, що гетит був єдиним мінералом, який не затримував весь фосфор після реакції. Гетит зустрічається переважно в ґрунтах на півдні США і Південної Америки. Гематит характерний для середньо-західної частини Сполучених Штатів.
Перспективи для сільського господарства
Відкриття дослідників Північно-Західного університету має значний потенціал для сільського господарства. Розуміння природних механізмів перетворення фосфору може допомогти оптимізувати використання добрив. Це особливо важливо з огляду на обмеженість світових запасів фосфору.
Фосфорити, з яких видобувають цей елемент, зустрічаються лише в США, Марокко та Китаї. Їхні запаси поступово зменшуються. Фермери та дослідники побоюються, що з часом фосфор може стати надто дорогим.
Наступним кроком дослідницької групи буде з’ясування причин різної ефективності оксидів заліза. Вчені припускають, що ключ до розуміння може лежати в хімії самих мінералів, а не в структурі фосфорних сполук, як вважалося раніше.