В то время как многие бактерии становятся неактивными во время засухи, определенные группы сохраняются и даже процветают.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications и проведенное Центром микробиологии и изучения экологических систем (CeMESS) Венского университета, позволяет получить принципиально новое представление об активности бактерий в периоды засухи, что имеет значение для сельского хозяйства и нашего понимания последствий изменения климата.
Изображения пересохшей долины реки По в 2022 г. и лесных пожаров в Греции в этом году подчеркивают реальность экстремальных засух - не только как заголовки новостей, но и как непосредственную угрозу. Последствия для людей и растений очевидны: неурожай, увядшие луга, нехватка воды. Однако влияние засухи на почвенные микроорганизмы остается скрытым от глаз.
Почвенные микроорганизмы играют ключевую роль в экосистемах. Они способствуют повышению плодородия почвы, помогают растениям усваивать питательные вещества, накапливают или высвобождают почвенный CO2, влияя тем самым на траекторию изменения климата. До сих пор измерение активности микроорганизмов в сухих почвах и определение того, какие виды остаются активными, представляло собой сложную задачу. Благодаря новому методу, разработанному учеными Венского университета, теперь можно наблюдать за активностью бактерий в периоды засухи.
В ходе исследования образцы почвы, полученные при проведении эксперимента по изучению климатических изменений "ClimGrass" в Штирии, инкубировались с изотопно маркированным водяным паром. Растущие бактерии включали кислород из водяного пара в свою ДНК, что позволяло определить степень роста без добавления жидкой воды в почву. "Большинство бактерий становилось неактивным при увеличении сухости почвы. Однако это происходило не во всех группах микроорганизмов, - поясняет Деннис Метце, ведущий автор исследования. Кроме того, на рост бактерий во время засухи влияло то, подвергались ли почвы воздействию нынешних или будущих климатических условий, т.е. более высоких температур и концентрации CO2.
Эксперимент "ClimGrass", проводимый в самом сердце Штирии, рисует яркую картину завтрашнего дня. Здесь на 54 экспериментальных участках моделируется мир будущего. Инфракрасные нагреватели повышают температуру до уровня, ожидаемого в будущих климатических сценариях, а системы miniFACE регулируют концентрацию CO2 в атмосфере. Автоматические укрытия от дождя имитируют сильную летнюю засуху, создавая реальное представление о проблемах, с которыми могут столкнуться наши экосистемы.
"Моделирование будущих климатических условий фактически показало, что большее количество бактерий сохраняет активность, несмотря на засуху", - поясняет Андреас Рихтер, профессор кафедры экосистемных исследований и руководитель CeMESS. "В этих смоделированных условиях смогли закрепиться более засухоустойчивые виды". Особенно устойчивые к засухе бактерии из рода Streptomyces стали более распространенными в сухих почвах и составили значительную часть общей бактериальной активности. Нитевидный рост Streptomyces может позволить им преодолевать разобщенные поровые пространства в засушливых почвах, обеспечивая доступ к воде и питательным веществам из удаленных источников. Предыдущие исследования показали, что такие бактерии могут играть определенную роль в борьбе растений с засухой.
Результаты данного исследования дают неоценимое представление об устойчивости и адаптивности почвенных микроорганизмов в условиях усиливающихся засух, вызванных изменением климата. Поскольку эти мельчайшие организмы играют огромную роль в поддержании плодородия почвы, содействии росту растений и регулировании связывания углерода, понимание их поведения крайне важно как для наших экосистем, так и для сельскохозяйственного сектора. В условиях, когда мир решает проблемы изменения климата, обеспечения продовольственной безопасности и баланса экосистем, подобные исследования открывают путь к разработке обоснованных стратегий, направленных на сохранение здоровья нашей планеты и благополучия ее обитателей.
