Bakterier er sådan indrettet, at hvis de kan skabe energi ud fra en metabolisme, eller nedbrydning af stof, så gør de det. Derfor er der virkelig mange forskellige stofskifteprocesser ved bakterier, der endnu ikke er opdaget. Og derfor giver søens unikke kemi anledning til at udforske mikroorganismernes levevis.
I ethvert biologisk system kan der foregå fotosyntese, hvis der er lys tilstede. I Matanosøen foregår der i de øverste lag helt almindelig fotosyntese, som hos planter, hvor kuldioxid (CO2), vand og lys omdannes til ilt og organisk kulstof i form af sukker eller næring; dette kaldes for oxisk fotosyntese. Men i den zone på 20 meter, hvor der er lys, men ikke ilt til stede, lever forskellige mikroorganismer, der laver anoxisk fotosyntese, hvor det ikke er vand, der reduceres til ilt, men svovl eller jern der omdannes.
Svovlbakterier der ikke lever af svovl
Sidste gang CarriAyne og Sean var ved Matanosøen, kiggede de på nogle grønne svovlbakterier fra søens specielle zone med lys, men ingen ilt. Normalt bruger svovlbakterier CO2 og lys til at omdanne svovlbrinte (H2S) til sulfat (SO42-) eller rent svovl (S). Det underlige ved svovlbakteriernes tilstedeværelse i Matanosøen er bare, at der næsten igen svovl er til stede i søen. Dette undrede CarriAyne og Sean sig over, og de fandt frem til, at det eneste bakterierne kan bruge i søen til at lave energi af, er jern. Svovlbakterierne omdanner således via lys og CO2 to-gyldige jern-ioner (Fe(II)) til tre-gyldige jern-ioner(Fe(III)) og organisk kulstof.
”Vi ved, at de her grønne svovlbakteriers fotosyntesesystem er et af de tidligste, men man kender ikke præcist de kemiske stoffer, der indgår,” siger CarriAyne.
Næringsfattig sø i troperne, en modsætning i sig selv
Som en tropisk sø er Matanosøen meget atypisk, idet den har en særlig kemisk sammensætning og er utrolig næringsfattig. For eksempel er den meget fattig på kvælstof og fosfor, som blandt andet er nødvendig for, at fotosyntese kan foregå. Der er flere forskellige årsager til søens unikke kemi. En årsag er, at den høje koncentration af jern gør, at fosfor associerer med jern, og derfor resulterer i lave koncentrationer af fosfor.
”Vi har prøvet at måle fosfor koncentrationerne i søen i 5 år nu uden held. Vi bliver ved med at få instrumenter med bedre og lavere grænseværdier, men stadig uden held. I Matanosøen er der fosfatkoncentrationer på nanomolær, hvor der typisk i søer er tale om mikromolær koncentrationer. Der er altså 1000 gange mindre fosfor end normalt,” siger Sean.
Spormetal-begrænsning og alternative enzymstrukturer
Når der i en sø ikke er særlig meget kvælstof, er det vigtigt for søens organismer, at opsamle den lille mængde der er, f.eks. fra atmosfæren, og gemme den til tider uden så meget kvælstof. Denne mekanisme kaldes kvælstoffiksering (N2-fiksering), og udføres af f.eks. cyanobakterier.
Mekanismen til opsamling af kvælstoffet sker i nogle bestemte celler og udføres af nogle særlige enzymer, eller hjælpeproteiner, kaldet nitrogenaser. Disse enzymer har en helt særlig struktur, der gør, at de kan opsamle kvælstof, og blandt andet er stoffet Molybdat (Mo) meget vigtigt i denne struktur. Molybdat er et spormetal, det vil sige et metal der forekommer i meget små mængder, som f.eks. Mangan (Mn), Vanadium (Va) og Krom (Cr). Matano-søen er endnu en gang speciel, fordi der forekommer usædvanligt lave molybdat-koncentrationer. Det vil altså sige, at de kvælstoffikserende mikroorganismer er begrænsede af denne lave koncentration af molybdat, og bruger sandsynligvis andre spormetaller som f.eks. jern eller vanadium i deres enzymstruktur. Dette vil Sean og CarriAyne blandt andet også forske i på deres rejse til Sulawesi.