Dirvožemio mikrobų metabolinės išgyvenimo strategijos
Vidutinio klimato dirvožemiuose ir dykumose dirvožemio mikroorganizmai dažnai susiduria su atšiauriomis, besikeičiančiomis sąlygomis. Didžioji dalis dirvožemio mikrobų įvairovės saugoma „mikrobų sėklų banke“. Daroma prielaida, kad dauguma jų bet kuriuo konkrečiu metu būna ramybės būsenoje, o pasikeitus aplinkos sąlygoms atgaivinami skirtingi nariai. Europos mokslinių tyrimų tarybos remiamo projekto DormantMicrobes (Revealing the function of dormant soil microorganisms and the cues for their awakening) tikslas – ištirti, kaip dirvožemio mikroorganizmai pasiruošia ramybės laikotarpiui dykumos dirvožemio plutoje ir vidutinio klimato dirvožemiuose, ir išnagrinėti kai kuriuos aplinkos ženklus, kurie gali sukelti jų atgaivinimą. „Anksčiau buvo mažai informacijos apie aktyvių ir ramybės būsenos ląstelių santykį dirvožemyje, jau nekalbant apie realias kovos su atšiauriomis sąlygomis strategijas“, – aiškina projekto koordinatorė Dagmar Woebken iš Vienos universiteto.
Išgyvenimo strategijų įvairovė
Dagmar Woebken komanda dirbo su mikroorganizmais, gyvenančiais Negevo dykumos dirvožemio plutoje, ir taikė du moderniausius metodus: „NanoSIMS“ ir metaomiką. Vandens trūkumas riboja dykumų dirvožemio plutos aktyvumą, todėl projekto metu buvo tiriama mikrobų reaktyvacija laboratorijoje imituojant lietų. Stabilių izotopų tyrimas buvo atliktas naudojant „sunkųjį vandenį“, kuriame vandenilį pakeičia retas izotopas deuteris. Ląstelės, kuriose buvo deuterio, veikiančio kaip žymeklis, buvo stebimos sekant vienos ląstelės reaktyvaciją naudojant „NanoSIMS“. „Gauti duomenys patvirtino, kad kai kurios ląstelės iš tikrųjų lieka ramybės būsenoje. Tikriausiai taip bendruomenė tarsi apsidraudžia“, – teigia Dagmar Woebken. Siekiant nustatyti ramybės būsenai ir atgaivinimui būtinus genus ir kelius, metaomikos metodas taip pat buvo pritaikytas dirvožemio plutoje gyvenančių mikroorganizmų DNR ir iRNR sekai nustatyti. „Sukūrėme beveik visus genomus, atskleidę didelę anksčiau nežinomų dirvožemio mikroorganizmų įvairovę. Šie duomenys taip pat padėjo suprasti daugybę mikrobų naudojamų strategijų, padedančių jiems išgyventi nepalankiomis sąlygomis“, – priduria Dagmar Woebken. Tarp tokių išgyvenimo mechanizmų buvo „puotos ir bado“ strategija, kai mikrobai reaguoja į staigius vandens impulsus, panaudodami organines maisto medžiagas kaip energijos šaltinį arba suaktyvindami poilsio stadijas. Be to, galima sumažinti reaktyvaus deguonies, kuris priešingu atveju pažeistų DNR ir baltymus, gamybą. Ląstelėse yra fermentų, kurie apsaugo arba taiso šiuos svarbius ląstelių komponentus. Ypač įdomi strategija yra energijos išgavimas pašalinant atmosferos dujas, tokias kaip vandenilis. Plėtodama šią išvadą, komanda taip pat rado atmosferos dujų, esančių vidutinio klimato dirvožemiuose, ir nustatė keletą naujų ir visur esančių taksonų, turinčių šį potencialą. „Šį metabolinį gebėjimą aptikome labai sėkminguose dirvožemio mikrobuose, vadinamuose acidobakterijomis, – pasakoja Dagmar Woebken. – Jis taip pat būdingas kitiems dirvožemio mikrobams visiškai skirtingose dirvožemio aplinkose ir esant skirtingiems stresoriams, iliustruojant jo svarbą išgyvenimo strategijai.“ Šiuo metu tyrėjai siekia nustatyti, ar tai gali būti tiesa. Jų išvados taip pat leis suprasti, ar ne tokiuose sausuose dirvožemiuose esantys mikroorganizmai yra tiek pat pajėgūs atlaikyti sausras, kaip ir jų giminaičiai dykumose.
Biologinės įvairovės užtikrinimas
Didėjantis sausrų paplitimas ir dykumėjimas yra tik du žmogaus veiklos sukelto klimato kaitos poveikio daugumai Žemės ekosistemų požymiai. „Geriau suprasdami mechanizmus, kuriuos mikroorganizmai taiko, kad išgyventų esant vandens trūkumui ir greitai suaktyvėtų jo vėl atsiradus, pradedame labiau vertinti biologinės įvairovės egzistavimą šiose ekosistemose. Šios žinios ateityje gali padėti sušvelninti klimato kaitos poveikį“, – apibendrina Dagmar Woebken.
Keywords
DormantMicrobes, dirvožemis, mikrobai, atmosferos dujos, vidutinio klimato, sausringas, vandenilis, ląstelės ramybės būsenoje, dykuma, izotopas, deuteris, išgyvenimo strategijos
