Микробы повышают устойчивость богатых углеродом торфяников к потеплению

Прочитано: 97 раз(а)


Согласно исследованию, недавно опубликованному в New Phytologist, микроорганизмы могут дать надежду на то, что торфяники смогут выдерживать более высокие температуры в меняющемся климате .

Ученые из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики США обнаружили, что определенные бактерии повышают устойчивость к изменению климата мха сфагнума, крошечного растения, ответственного за хранение трети мирового почвенного углерода в торфяных болотах. Устойчивые к жаре микробы передают эту защиту растениям, помогая им пережить потепление климата.

Лучшее понимание работы взаимовыгодного партнерства или симбиоза между мхом и микробами может указать на новые пути для поддержания здоровья мха и сохранения этих жизненно важных экосистем торфяников, которые улавливают так много углерода.

«Возможно, все не так ужасно, как мы думаем», — сказал Дэвид Уэстон из ORNL, биолог растений и руководитель недавнего исследования. «Возможно, организмы более устойчивы к этим экстремальным климатическим условиям, чем мы знаем. Мы видим, что вы можете резко повлиять на способность организма справляться с этими стрессовыми условиями только на связанный с ним микробиом».

Исследовательская группа обнаружила, что более высокие температуры изменяют состав микробных сообществ или микробиомов, живущих во мхе сфагнуме. Это изменение в составе сообщества заставляет Sphagnum активировать определенные гены, вызывая выработку гормонов и белков, которые, как известно, обеспечивают стрессоустойчивость.

Команда продемонстрировала, что термоустойчивые микробы при применении к лабораторному мху, выращенному без собственного микробиома, вызывают такую ​​же защитную реакцию и позволяют мху лучше переносить жару.

Полученные данные дают проблеск надежды для мха и его функции по связыванию углерода при повышении температуры. Предыдущие результаты исследования ORNL показали, что участки нагретого торфяного болота в ходе эксперимента по манипулированию всей экосистемой всего за три года превратились из накопителей углерода в источники выбросов углерода, выбрасывая в атмосферу углекислый газ и метан.

Из мышей и мха

Когда Уэстон и группа из нескольких учреждений решили выяснить, могут ли микробы передать желаемые характеристики мху, они были вдохновлены маловероятным источником: исследованием человеческих близнецов. У близнецов было разное телосложение: один близнец был склонен к ожирению, а другой — худощавому. Когда микроорганизмы из их пищеварительного тракта были перенесены мышам, у которых почти не было собственного микробиома, мышь с микробами тучного близнеца росла больше, чем другая, даже несмотря на то, что обе мыши питались одинаковой диетой.

Уэстон задался вопросом, почему мы не можем сделать что-то подобное с растениями?

Чтобы ответить на этот вопрос, исследовательская группа взяла пробы микробов на участке DOE Spruce and Peatland Responses Under Changing Environments (SPRUCE) в северной Миннесоте. SPRUCE — это уникальный экспериментальный участок с серией больших ограждений размером 23 фута в высоту и 43 фута в ширину, которые нагревают участки торфяного болота до пяти различных температур и подвергают их воздействию повышенного уровня углекислого газа. Эти корпуса позволяют ученым измерять влияние потенциального климата будущего.

В более теплых вольерах микробы адаптируются к более высоким температурам и могут передать эту теплостойкость мху. Исследователи продемонстрировали это, извлекая микробы — те, что живут внутри мхов в вольере с температурой окружающей среды, и те, которые живут в самом теплом из вольеров ЕЛИ, примерно на 16 F жарче, — и перенося эти группы микробов на мхи, выращенные в лабораторных условиях без микробиомов. своих собственных.

Исследователи использовали климатические камеры в ORNL, чтобы подвергнуть лабораторные мхи коротким периодам более высоких температур, называемых тепловыми шоками. В условиях этих смоделированных тепловых волн микробиом, взятый из более теплого помещения, показал значительную термостойкость лабораторным мхам.

Ученые измерили аналогичные изменения в генах и белках, а также увеличение роста мха в лабораторном мхе, который получил термоустойчивый микробиом, даже когда исследователи не подвергали лабораторный мох тепловому шоку. Это указывает на то, что микробы придали мху некоторую защитную прекондиционированность.

Молекулярные изменения создают эффекты экосистемы

Цианобактерии являются ключевыми членами микробиома мха и кровно заинтересованы в поддержании здоровья мха, поскольку мох предлагает бактериям убежище от уксусной кислотности торфяного болота. Микробы живут внутри мертвых клеток, называемых гиалиновыми клетками, которые окружают листочки мха. Эти клетки удерживают воду для мха без корней и обеспечивают микробам менее кислую среду.

Моху тоже нужны цианобактерии . Микробы извлекают азот из воздуха и передают его растению в форме, которую мох может использовать для своего роста. В свою очередь, мох обеспечивает бактерии сахарами. Недавнее исследование Уэстона и его коллег открыло новые подробности работы этих важных симбиотических отношений.

«Мы обнаруживаем, что механизмы, с помощью которых растения и микробы работают вместе для формирования этих влиятельных симбиотических взаимодействий, намного сложнее, чем мы думали», — сказал Уэстон. «Симбиоз зависит от внешних взаимодействий с окружающей средой, а также от действительно сильных генетических взаимодействий».

Исследователи обнаружили, что мох обеспечивает цианобактерии соединениями, богатыми серой, и необычной формой сахара, называемой углеродной трегалозой, которая остается стабильной в кислой среде. Хотя данные показывают, что эти факторы важны для поддержания симбиоза между Sphagnum и цианобактериями, исследователи пока не понимают основных механизмов.

Команда продемонстрировала, что кислотность или низкий pH торфяного болота имеет важное значение для симбиоза мхов и микробов. Без кислой среды цианобактерии не взаимодействуют со мхом и вместо этого используют свои запасы азота для собственного роста.

«Это отвечает на давний экологический вопрос о болотах и ​​болотах», — сказал Уэстон. «Болото — это водно-болотные угодья с более высоким pH, и цианобактерии фиксируют много азота в этих экосистемах. Но в болотах очень мало мха».

Обнаружение pH также указывает на потенциальный путь к мониторингу и управлению торфяными болотами в будущем для поддержания кислой среды, которая способствует симбиозу мхов и микробов. Партнерство поддерживает здоровье мхов и выполняет свои важнейшие функции по улавливанию углерода из атмосферы и удержанию его во влажных глубинах болота, пополняя многометровые слои древней растительной массы.

«Я несколько оптимистичен в том, что если мы сможем понять эти ключи к симбиотическим взаимодействиям, возможно, это даст нам другой метод или механизм, с помощью которого системы могут стать более устойчивыми к климату», — сказал Уэстон.

Микробы повышают устойчивость богатых углеродом торфяников к потеплению



Новости партнеров