Древесина внутри среднестатистического дерева может показаться бесплодной, но она является домом для невероятно разнообразного множества жизни. Согласно самому всеобъемлющему исследованию, проведенному на сегодняшний день, внутри среднестатистического ствола живет более 1 триллиона грибков, бактерий и других микробов, включающих уникальные сообщества, специализированные для различных видов деревьев.
Некоторые из микробов могут быть кандидатами на роль пробиотиков для защиты от патогенов или их уничтожения, говорит Хесус Меркадо-Бланко, микробиолог из Испанского национального исследовательского совета, который не принимал участия в работе. Таким образом, говорит он, исследование, опубликованное в виде препринта на bioRxiv, может привести к новым способам защиты уязвимых деревьев по всему миру.
Микробы являются важной частью жизни растений. Грибы в почве помогают корням получать доступ к воде и питательным веществам, например, а полезные бактерии и грибы на листьях могут предотвратить заражение вредными грибками или бактериями. Но мало что известно о микробах, живущих внутри здоровой древесины, которая составляет огромное количество биомассы. По оценкам, 10 триллионов деревьев на планете содержат 450 гигатонн углерода, что затмевает 2 гигатонны, обнаруженные в животных.
Итак, в новом исследовании аспирант Йельского университета Джонатан Гевирцман объединился с Уайеттом Арнольдом, другим аспирантом Йельского университета, который специализируется на молекулярной биологии. Дуэт отправился в исследовательский лес в Коннектикуте, чтобы изучить 15 распространенных видов деревьев, включая дубы, клены и сосны. Они извлекли образцы древесины из стволов 158 деревьев, взяв керны тоньше карандаша. Они также взяли образцы почвы вокруг каждого дерева. После извлечения ДНК из древесины и почвы они отправили генетический материал в лабораторию для секвенирования ключевых генов-маркеров, называемых 16s и ITS . Арнольд взял эти данные и сопоставил их с последовательностями известных типов микробов.
Чтобы получить грубую оценку количества прокариотических микробов — бактерий и архей, которые выглядят похоже, но имеют разную эволюционную историю — внутри типичного дерева, Гевирцман и Арнольд начали с их распространенности в 1 грамме древесины из сердцевин. Умножив это на вес 5-тонного дерева, они получили 1 триллион прокариот. (Сюда не входят грибы, которые являются эукариотами и распространенность которых невозможно надежно рассчитать на основе генетических данных.) Это может показаться большим, но пищеварительный тракт человека содержит примерно в 38 раз больше прокариотических клеток, чем ствол дерева.
Так же, как у разных животных есть свои собственные микробиомы в зависимости от того, что они едят, 15 видов деревьев имели уникальные сообщества, живущие в их древесине. Например, у кленов было гораздо больше специалистов, питающихся сахаром, которые могут питаться сладким соком, из которого делают кленовый сироп. Между тем, виды деревьев, известные своей устойчивостью к гниению, такие как восточная тсуга, имели наименьшее количество микробов.
Также наблюдалась общая закономерность по всему лесу. Независимо от вида дерева микробные сообщества, по-видимому, специализируются на жизни в разных тканях. Плотная сердцевина, которая, как правило, содержит меньше кислорода, чем окружающая заболонь, имела больше метанобактерий, например, которые производят метан. Заболонь, напротив, имеет бактерии, приспособленные к жизни при более высоких концентрациях кислорода.
Эта закономерность была выявлена ранее в исследовании одного вида деревьев. Но поскольку новое исследование расширяет анализ до 15 распространенных видов, Гевирцман говорит, что оно начинает давать картину типичного микробиома древесины в живых деревьях. «Это значительный шаг вперед», — соглашается Шарон Лафферти Доти, микробиолог растений из Вашингтонского университета.
Исследование поднимает больше вопросов, чем дает ответов, говорит Гевирцман. Одна из загадок — происхождение микробов, живущих в древесине. Очевидным источником была бы почва, так как она богата бактериями, археями и грибками. Но у некоторых видов деревьев, которые изучала группа, всего лишь 3% микробного разнообразия в древесине совпадает с разнообразием почвы, в которой она растет.
В конечном итоге исследователи могут найти способы настроить микробиом в деревьях, чтобы помочь защитить их от патогенов. Для этого необходимо больше узнать о функциях микробов, живущих в древесине, говорит Сэмюэл Мартинс, фитопатолог из Университета Флориды, что является сложной задачей, поскольку лишь немногие из них можно выращивать в чашках Петри. Новое исследование может помочь, ответив на фундаментальный вопрос о микробах, живущих в растениях, говорит он: «Кто там?»
