Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh ahli mikrobiologi Marc Mussmann dan Alexander Loy di Universitas Wina telah menemukan jenis metabolisme mikroba yang benar-benar baru. Mikroorganisme yang baru diidentifikasi ini, yang dikenal sebagai bakteri MISO, mampu “menghirup” mineral besi dengan mengoksidasi sulfida beracun. Para ilmuwan menemukan bahwa reaksi antara hidrogen sulfida—gas beracun—dan mineral besi padat bukan hanya proses kimia, tetapi juga biologis. Dalam jalur yang baru terungkap ini, mikroba adaptif yang hidup di sedimen laut dan tanah lahan basah menyerap sulfida beracun dan menggunakannya sebagai sumber energi untuk pertumbuhan. Bakteri ini juga dapat memainkan peran penting dalam mencegah meluasnya “zona mati” yang kekurangan oksigen di ekosistem perairan.

Pergerakan unsur-unsur kunci seperti karbon, nitrogen, sulfur, dan besi melalui lingkungan terjadi melalui apa yang dikenal sebagai siklus biogeokimia. Transformasi ini terjadi melalui reaksi reduksi dan oksidasi (redoks) yang memindahkan unsur-unsur antara udara, air, tanah, batuan, dan makhluk hidup. Karena siklus-siklus ini mengatur gas rumah kaca, siklus-siklus ini memiliki pengaruh langsung terhadap keseimbangan iklim dan suhu Bumi. Mikroorganisme mendorong hampir setiap langkah proses ini, menggunakan zat-zat seperti sulfur dan besi untuk respirasi, sama seperti manusia bergantung pada oksigen untuk memetabolisme makanan.

Sulfur dan besi sangat penting bagi komunitas mikroba yang hidup di habitat yang kekurangan oksigen seperti dasar laut, lahan basah, dan sedimen. Sulfur dapat berada dalam bentuk gas di atmosfer, sebagai sulfat yang terlarut dalam air laut, atau terkunci dalam endapan mineral. Besi, di sisi lain, berubah bentuk kimianya tergantung pada ketersediaan oksigen. Ketika mikroba memproses sulfur, mereka seringkali mengubah bentuk besi secara bersamaan, menciptakan hubungan yang erat antara kedua unsur tersebut. Hubungan ini memengaruhi siklus nutrisi dan memengaruhi produksi atau konsumsi gas rumah kaca seperti karbon dioksida dan metana. Memahami hubungan ini membantu para ilmuwan memprediksi bagaimana sistem alam merespons perubahan lingkungan, termasuk polusi dan pemanasan global.

Mikroba yang Menggunakan Besi untuk Menghilangkan Sulfida Beracun

Di lingkungan miskin oksigen seperti sedimen laut, lahan basah, dan akuifer bawah tanah, mikroba tertentu menghasilkan hidrogen sulfida, gas yang berbau busuk dan sangat beracun. Interaksi antara sulfida ini dan mineral besi(III) oksida—pada dasarnya karat—membantu mengendalikan kadar sulfida. Sebelumnya, para ilmuwan menduga proses ini hanya terjadi melalui reaksi kimia yang menghasilkan unsur sulfur dan besi monosulfida (FeS), mineral hitam yang menyebabkan warna gelap pasir pantai rendah oksigen.

“Kami menunjukkan bahwa reaksi redoks yang penting bagi lingkungan ini tidak hanya bersifat kimiawi,” kata Alexander Loy, ketua kelompok riset di CeMESS, Pusat Mikrobiologi dan Ilmu Sistem Lingkungan di Universitas Wina. “Mikroorganisme juga dapat memanfaatkannya untuk pertumbuhan.”

Penemuan tim ini mengungkap bentuk baru produksi energi mikroba yang disebut MISO. Proses ini menghubungkan reduksi besi(III) oksida dengan oksidasi sulfida. Berbeda dengan reaksi kimia murni, MISO langsung menghasilkan sulfat, melewati langkah-langkah perantara dalam siklus sulfur. “Bakteri MISO menghilangkan sulfida beracun dan dapat membantu mencegah meluasnya apa yang disebut ‘zona mati’ di lingkungan akuatik, sekaligus mengikat karbon dioksida untuk pertumbuhan — mirip dengan tanaman,” tambah Marc Mussmann, ilmuwan senior di CeMESS.