Микробы жизненно важны для поддержания здоровой и плодородной почвы, которая, в свою очередь, имеет жизненно важное значение для общего состояния экосистем. Но что происходит с этими микробами, когда люди наносят долгосрочный ущерб окружающей среде?
Исследователи из Мичиганского государственного университета дали новые ответы на этот вопрос, проанализировав почвенные микробы возле пожара на шахте, который горит уже более 60 лет.
«Если вы посмотрите на грамм почвы, вы увидите в ней десятки тысяч различных видов бактерий», — объяснила Эшли Шейд, главный исследователь отчета, документирующего новые открытия, опубликованные в журнале Ecology Letters.
«Почва — это самый разнообразный микробиом, который мы знаем», — продолжила Шейд. «Он более разнообразен, чем человеческий кишечник».
В течение семи лет Шейд и Сэмюэл Барнетт, научный сотрудник ее лаборатории, изучали почвенные микробные сообщества в Централии, штат Пенсильвания. В городе произошел пожар на угольной шахте, который горит с 1962 года.
В этом исследовании ученые использовали эту систему в качестве модели, чтобы попытаться понять, как бактериальные сообщества реагируют и потенциально восстанавливаются перед лицом интенсивных изменений окружающей среды. Это особенно важно перед лицом еще одной проблемы прессы: изменения климата.
Фактически, команда надеется, что ее результаты будут стимулировать дополнительные исследования по разработке стратегий восстановления микробиома экосистем, пострадавших от изменения климата и других нарушений прессы.
Пожар в Централии начался случайно, когда при очистке свалки загорелась соседняя шахта, и с тех пор она горит непрерывно. По мере того, как огонь горит, он движется через заброшенную подземную шахту, нагревая почву над ним по мере своего движения. Это тепло меняет структуру микробных сообществ.
Исследователи выбрали места отбора проб в разных точках на пути огня и исследовали почву до, во время и после нагрева. Команда также взяла образцы с близлежащих участков, которые полностью не пострадали от пожара.
Отбор проб проводился ежегодно в период с 2015 по 2021 год.
«Мы выходим каждый октябрь и берем керны почвы», — объяснил Барнетт. «У нас есть большая труба из ПВХ, которую мы стерилизуем, втыкаем в почву и вытаскиваем примерно 20 сантиметров почвы. Затем мы просеиваем почву, чтобы избавиться от корней, камней и всего, что нам не нужно, а затем замораживаем. поместите его в жидкий азот и отнесите в лабораторию».
Следующим шагом исследователей было извлечение бактериальной ДНК и РНК. Они секвенировали ДНК, чтобы определить, какие типы бактерий присутствовали. Затем они изучили соотношение РНК и ДНК, чтобы определить, какие бактерии биологически активны, а какие находятся в состоянии покоя.
«Спящий режим — это слово, обозначающее обратимое состояние активности, которое в какой-то момент принимают многие формы жизни. Это действительно важная стратегия, помогающая организмам противостоять стрессу в окружающей среде», — сказала Шейд.
«Многие люди не осознают, что невероятное количество почвенных микробов просто не активны и не функционируют в любой момент времени. Это важный момент, потому что активные микробы — это те, которые вносят вклад в функции экосистемы», — продолжила она. «Я думаю, что это особенное исследование, потому что большинство исследований не рассматривают вопрос о том, кто активен, а кто нет».
Исследователи применили эту точку зрения к восстановлению микробных сообществ.
Хотя микробные популяции восстановились после того, как пожар утих (например, новые бактерии были занесены ветром), виды, которые были активными или спящими, изменились по сравнению с условиями до пожара.
«Если мы сможем понять, что пробуждает спящие микробы, мы сможем попытаться управлять микробиомом, например, просыпаться тогда, когда нам нужно, чтобы он проснулся, потенциально засыпать, когда нам нужно, чтобы он заснул», — заключила Шейд.
