Ґрунтові бактерії швидко адаптуються до зміни клімату,- вчені
Зазвичай вважається, що еволюція відбувається протягом мільйонів років, вчені з Каліфорнійського університету в Ірвіні виявили, що бактерії здатні розвиватися у відповідь на зміну клімату всього за 18 місяців.
Ґрунтові мікробіоми - скупчення бактерій та інших мікробів в ґрунті-є найважливішим двигуном глобального вуглецевого циклу. Мікроби розкладають мертвий рослинний матеріал, повертаючи поживні речовини назад в екосистему і вивільняючи вуглець назад в атмосферу.
На склад і функціонування ґрунтових мікробіомів впливають численні фактори навколишнього середовища, але ці реакції зазвичай вивчаються з екологічної точки зору, задаючись питанням, які види мікробів збільшуються або зменшуються в чисельності в міру зміни умов навколишнього середовища. У поточному дослідженні команда вчених з Каліфорнійського університету в Ірвіні зосередилася на тому, чи еволюціонують види бактерій в ґрунті при зміні навколишнього середовища.
«Ми знаємо, що еволюція бактерій може відбуватися дуже швидко, наприклад, реакція на антибіотики, але ми не знаємо, наскільки важливою може бути еволюція для бактерій в навколишньому середовищі в умовах триваючої зміни клімату", - сказав доктор Алекс Чейз, провідний автор роботи.
Деякі властиві їм характеристики повинні дозволити ґрунтовим мікробам швидко адаптуватися до нових кліматичних умов.
Мікроби численні і здатні відтворюватися всього за кілька годин, тому рідкісна генетична мутація, що дозволяє адаптуватися до нових кліматичних умов, може статися випадково за короткий проміжок часу.
Однак більша частина знань про еволюцію бактерій отримана в результаті контрольованих лабораторних експериментів, коли бактерії вирощуються в колбах зі штучною їжею. Було незрозуміло, чи відбувається еволюція в ґрунтах досить швидко, щоб відповідати наслідкам поточних темпів зміни клімату.
"Поточні прогнози про те, як зміна клімату вплине на мікробіоми, засновані на припущенні, що види мікробів статичні. Тому ми хотіли перевірити, чи можуть бактерії швидко розвиватися в природних умовах, таких як ґрунт», - пояснив д-р Чейз.
Вчені провели перший в історії експеримент з бактеріальної еволюції в цій області, використовуючи ґрунтову бактерію під назвою Curtobacterium.
Дослідники використовували 125 "мікробних клітин", заповнених їжею з мертвого рослинного матеріалу. (Клітини дозволяють транспортувати воду, але не допускають інші мікроби.) Потім бактерій піддавали впливу цілого ряду кліматичних умов протягом 18 місяців, вимірюючи як екологічні, так і еволюційні реакції.
"Мікробні клітини дозволили нам контролювати типи присутніх бактерій, одночасно піддаючи їх впливу різних умов навколишнього середовища в різних місцях. Так ми зуміли перевірити, наприклад, як теплі і посушливі умови пустелі впливають на генетичну різноманітність єдиний вид Curtobacterium», - сказав доктор Чейз.
Через 18 місяців вчені секвенували бактеріальну ДНК з мікробних клітин в експериментах.
У першому експерименті з різноманітним ґрунтовим мікробіомом змінилася чисельність різних видів Curtobacterium, що є очікуваною екологічною реакцією.
У другому експерименті за ті ж часові рамки генетична різноманітність однієї бактерії Curtobacterium змінилася, виявивши еволюційну відповідь на ті ж умови навколишнього середовища.
Автори роблять висновок: як екологічні, так і еволюційні процеси можуть впливати на те, як ґрунтовий мікробіом реагує на зміну кліматичних умов.
"Дослідження показує, що ми можемо спостерігати швидку еволюцію ґрунтових мікробів, і це захоплююче досягнення. Наша наступна мета-зрозуміти важливість еволюційної адаптації ґрунтових екосистем в умовах майбутньої зміни клімату", - сказала співавтор роботи Дженніфер Мартіні, професор кафедри екології та еволюційної біології та співкерівник ініціативи UCI Microbiome Initiative.
Також читайте: