Научный взгляд: как почвенные микроорганизмы выживают в суровых условиях пустыни

Длительные засухи, сменяющиеся внезапными проливными дождями, – как почвенным бактериям пустыни удается выживать в таких суровых условиях? Исследование показало, что почвенные бактерии пустынь хорошо приспособлены к выживанию в быстро изменяющихся условиях окружающей среды, происходящих после каждого дождя.

Засушливые земли занимают более 46% площади земного шара и расширяются не только из-за изменения климата, но и из-за неустойчивой практики землепользования. Хотя растения в пустынях встречаются редко, под землей процветает невидимая жизнь. Микроорганизмы, обитающие в так называемой биокоре (верхние миллиметры – сантиметры пустынной почвы), обогащают почву углеродом и азотом, а также помогают предотвратить эрозию почвы и удерживают воду. Но эти микроорганизмы живут в сложных условиях, сталкиваясь с длительными периодами засухи и редкими дождями.

До сих пор было неясно, как бактерии могут поддерживать важные функции экосистемы в таких условиях. Используя современные методы экологии микроорганизмов, ученые получили представление о жизни микроорганизмов в этих почвах.

Бактерии пустынных почв переносят длительные периоды засухи в состоянии покоя, но активизируются в ответ на дожди, которые бывают короткими и очень редкими. Исследователи обнаружили своего рода комплексную стратегию реактивации в биокоре пустынь. Бактерии максимально используют период дождей – в это непродолжительное время активизируется практически все микробное разнообразие почвы (а также отдельные клетки).

В ходе исследования ученые смоделировали выпадение осадков с использованием воды, меченной стабильным изотопом, содержащей тяжелый водород. С помощью NanoSIMS они изучили отдельные клетки, чтобы увидеть, какие из них включили в себя атомы тяжелого водорода. Благодаря этому подходу ученые смогли выявить долю клеток биокоры, которые реактивируются во время дождя, а также определили, могут ли бактерии расти во время дождей, которые в засушливых пустынях длятся всего 1–2 дня.

Было показано, что большая часть клеток биокоры может использовать дожди для регенерации и подготовки к следующей засухе, но деления клеток при этом не происходит.

Результаты этого исследования актуальны не только для пустынь, но и для других регионов. Способность выживать в условиях дефицита воды будет приобретать все большее значение для почвенных микроорганизмов в регионах с умеренным климатом, поскольку частота и интенсивность засух увеличиваются в связи с изменением климата. Результаты исследований пустынных почв помогут понять, какие особенности позволяют почвенным микроорганизмам успешно противостоять вызовам природы.

Почва является важнейшим наземным компонентом для биологической взаимосвязи живых организмов. Здоровье растений и будущий урожай растений зависят от качества почвы и наличия в ней фитопатогенных почвенных микроорганизмов, таких как нематоды. Аккредитованные испытательные лаборатории Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») проводят исследования почвы и подкарантинной продукции на наличие нематод по оригинальным методическим рекомендациям, разработанным научными подразделениями ФГБУ «ВНИИКР».

Источник: Survival and rapid resuscitation permit limited productivity in desert microbial communities, Nature Communications (2024). URL: https:doi.org/10.1038/s41467-024-46920-6