Metabolismus půdních mikrobů a jejich strategie na přežití
Půdní mikroorganismy musejí často čelit nehostinnému prostředí a měnícím se podmínkám – v mírných půdách i na poušti. Značná část půdní mikrobiální rozmanitosti je obsažena v ‚mikrobiální semenné bance‘. Předpokládá se, že většina se průběžně nachází ve stavu jakési hibernace, přičemž u některých mikroorganismů nastává oživení, jestliže se změní podmínky prostředí. Projekt DormantMicrobes (Revealing the function of dormant soil microorganisms and the cues for their awakening), podpořený Evropskou radou pro výzkum, vznikl s cílem prozkoumat, jak jsou půdní mikroorganismy vybaveny pro období klidu, a to jak v pouštních půdních krustách, tak mírných půdách, a zároveň zkoumal, které impulzy přicházející z životního prostředí vedou k oživení organismu. „Dříve bylo k dispozici jen málo informací o tom, v jakém poměru jsou aktivní a neaktivní buňky v půdě, natož o jejich skutečných strategiích používaných k zvládnutí drsných podmínek,“ vysvětluje koordinátorka projektu Dagmar Woebkenová z Vídeňské univerzity.
Různé strategie pro přežití
Tým D. Woebkenové se zabývá mikroorganismy, které obývají půdní krusty v Negevské poušti, a při tom uplatňuje dvě pokročilé metody: nanoSIMS a meta-omiku. Nedostatek vody v pouštních půdních krustách vede k omezené aktivitě půdních mikroorganizmů, takže v rámci projektu byla zkoumána mikrobiální reaktivace v laboratoři napodobováním deště. Bylo aplikováno stabilní izotopové sondování pomocí ‚těžké vody‘ – vody obsahující místo vodíku vzácně se vyskytující izotop deuterium. Pomocí nanoSIMS se sledovala role buněk, které přijaly deuterium, fungující jako marker, při reaktivaci v průběhu času na úrovni jedné buňky. „Na základě dat se nám podařilo zjistit, že některé buňky skutečně setrvávají v hibernaci, pravděpodobně jako určitá pojistka pro pospolitost,“ uvedla D. Woebkenová. K odhalení potenciálních genů a cest nezbytných pro hibernaci a oživení bylo také použito meta-omické metody k sekvenování DNA a mRNA mikroorganismů obývajících půdní krustu. „Podařilo se nám sestavit téměř celé genomy, přičemž jsme odhalili velké množství rozmanitých, dříve neznámých půdních mikroorganismů. Na základě těchto dat se také ukázala široká škála strategií, které mikroby používají k přežití v nepříznivých podmínkách,“ dodává D. Woebkenová. K těmto mechanismům pro přežití patří strategie „hodování a půstu“, kdy mikroby reagují na náhlý přísun vody pomocí organických živin jako zdroje energie nebo generováním fází odpočinku. Dále sem patří snížení produkce reaktivního kyslíku, který by jinak poškodil DNA a proteiny. Buňky obsahují enzymy, které chrání nebo opravují tyto důležité složky buněk. Obzvláště zajímavou strategií je tvorba energie zachycováním atmosférických plynů, jako je vodík. Při bližším zkoumání tohoto poznatku se členům týmu také podařilo zjistit, že k zachycování atmosférických plynů dochází i v mírných půdách, a objevili některé nové a všudypřítomné taxony vykazující tyto charakteristiky. „Tuto metabolickou schopnost jsme objevili u velmi úspěšných půdních mikrobů zvaných acidobakterie,“ říká D. Woebkenová. „Tato schopnost se také často vyskytuje u jiných půdních mikrobů, ve zcela odlišném půdním prostředí a s odlišnými stresory, což dokládá její důležitost jako strategie pro přežití.“ Vědci aktuálně uvedenou hypotézu ověřují. Z výsledků výzkumu také vyplyne zjištění, zda jsou mikroorganismy v méně suchých půdách vybaveny stejnými předpoklady k tomu, aby vzdorovaly suchu, jak je tomu u jejich pouštních příbuzných.
Zajištění biologické rozmanitosti
K charakteristickým rysům vlivu, který má změna klimatu způsobená člověkem na mnoho ekosystémů Země, patří například zvýšená prevalence sucha nebo desertifikace. „Díky lepšímu porozumění mechanismům, které si mikroorganismy přizpůsobily, aby přežily při nedostatku vody a aby se rychle znovu aktivovaly, jakmile je voda opět k dispozici, lépe pochopíme, jak může v těchto ekosystémech existovat biologická rozmanitost. Tyto znalosti by mohly v budoucnu pomoct ve snaze zmírňovat změny klimatu,“ uzavírá D. Woebkenová.
Keywords
DormantMicrobes, půda, mikroby, atmosférický plyn, mírný, suchý, vodík, spící buňky, poušť, izotop, deuterium, strategie pro přežití
