Российские ученые описали микробные сообщества болот уникального типа
Аапа болота встречаются в северной и средней тайге, а также лесотундре Северной Евразии.
Самое большое из них, Юпяужсуо, расположено на севере Европейской части России, в Карелии, и занимает площадь около 400 квадратных километров. Аапа болота представляют собой уникальное сочетание участков низинных и верховых болот. Это различие экологических условий в разных типах микрорельефа аапа болот влияет на процессы деструкции растительных остатков и торфообразования, а также оказывает определяющее воздействие на формирование микробных сообществ. Российские ученые впервые исследовали разнообразие микроорганизмов аапа болот, чтобы лучше понять роль подобных экосистем в круговороте углерода и регулировании парникового эффекта. Статью с результатами они опубликовали в журнале Microorganisms.
Болота — один из самых продуктивных типов экосистем на нашей планете. Они занимают территорию в 5,5 млн. квадратных километров и играют ключевую роль в глобальном водном балансе. Помимо этого, торфяные болота являются крупнейшим стоком парникового газа СО2 и глобальным хранилищем органического углерода, депонированного в форме торфа. Еще одна важная биосферная функция болот заключается в регуляции баланса еще одного важного парникового газа – метана (СН4), который образуется в глубоких анаэробных слоях болота в результате микробной деструкции растительных остатков. Большая часть болот расположена в регионах с холодным климатом. Среди них выделяют бедные питательными веществами верховые болота, единственным источником воды в которых являются атмосферные осадки, и богатые минеральными элементами низинные болота, имеющие непосредственный контакт с грунтовыми водами.
Аапа – особый тип болот, характеризующийся вогнутой формой поверхности болотного массива с участками грядово-мочажинного микрорельефа. Название «аапа» пришло из лапландского языка — от обитателей тех северных территорий, где располагаются эти переувлажненные экосистемы. Выглядят эти болота как регулярные чередования протяженных понижений (мочажины) и повышений (гряды) микрорельефа. Мочажинные участки имеют характеристики евтрофных болот с богатым болотным разнотравьем и гипновыми мхами, тогда как гряды близки к олиготрофным верховым болотам и колонизованы сфагновыми мхами, пушицей, часто вересковыми кустарничками и сосной.
«Треть всех площадей болот в мире находится на территории России. Наиболее обширные болотные массивы расположены в Западной Сибири, но и в Европейской части страны болотами занято 15 миллионов гектаров, — отмечает автор публикации, доктор биологических наук, заведующая лабораторией молекулярной экологии и филогеномики бактерий ФИЦ Биотехнологии РАН Светлана Дедыш. — На севере Европейской части России чаще всего встречаются болота двух контрастных типов – олиготрофные верховые и евтрофные низинные, микробные сообщества которых ранее уже были охарактеризованы учеными. Однако исследований микробных сообществ аапа болот пока не проводилось».
Экспертный выбор аапа болота, расположенного в Вологодской области, был сделан сотрудником Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН Дмитрием Филипповым. Дальнейшие исследования были направлены на анализ структуры сообществ микроорганизмов в грядах и мочажинах аапа болота, а также на ее сравнение с микробными сообществами верховых и низинных болот. Чтобы идентифицировать микроорганизмы, не все из которых способны расти в культуре, ученые выделили их ДНК из торфа и получили из этой ДНК пул фрагментов гена 16S рибосомной РНК (рРНК). В этом участке генома зашифрован компонент рибосомы – клеточной «фабрики» для синтеза белков. В этом гене есть как быстро эволюционирующие последовательности, так и те, которые медленно изменяются и остаются похожими даже у далеких родственников. Это делает этот ген 16S рРНК идеальным для идентификации и исследований эволюционной родословной прокариот. Сотрудники отдела молекулярной биологии микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН прочитали и проанализировали несколько десятков тысяч последовательностей гена 16S рРНК из разных участков болота, что позволило с высокой точностью определить состав этих микробных сообществ.
В торфе верховых гряд аапа болота большую часть сообщества составляли ацидобактерии и альфапротеобактерии. Кроме них, в большом количестве встречались бактерии из групп Bacteroidota, Verrucomicrobiota, Actinobacteriota и Planctomycetota. А вот фрагменты генов 16S рРНК архей, представителей другого домена прокариотных микроорганизмов, составили всего 0,4% из общей выборки. Зато в торфе мочажин 22% последовательностей принадлежало метаногенным археям, образующим метан, от которого зависит вклад подобных ландшафтов в парниковый эффект. Также многочисленными обитателями низинных участков аапа болот областей оказались представители групп Chloroflexi, Spirochaetota, Desulfobacterota, Beijerinckiaceae и других.
«Наш анализ показал, что микробные сообщества аапа болот имеют мозаичный характер. Микробное разнообразие в грядах высоко сходно с таковым в верховых болотах, тогда как сообщества в мочажинах напоминают таковые в низинных болотах, но в то же время и имеют ряд отличий. Многие микроорганизмы в мочажинах аапа болот пока плохо или совсем не изучены микробиологами, и представляют собой интересные объекты для дальнейших исследований», — заключает Светлана Дедыш.
