Koristeći novu metodu za otkrivanje mikrobne aktivnosti u biološkim korama tla, ili biokorama, nakon što su navlažene, istraživački tim pod vodstvom Penn State-a u novoj studiji otkrio je tragove koji će dovesti do boljeg razumijevanja uloge mikroba u formiranju života. kože nad mnogim polusušnim ekosistemima širom sveta. Sićušni organizmi – i mikrobiomi koje stvaraju – ugroženi su klimatskim promenama.
Istraživači su objavili svoje nalaze u Frontiers of Microbiology.
„Biokora trenutno pokriva približno 12% Zemljine površine, a očekujemo da će se smanjiti za oko 25% do 40% u roku od 65 godina zbog klimatskih promena i intenziviranja korišćenja zemljišta“, rekla je vođa tima Estel Kurdo, docent Penn State. zemljišta i mikrobiologije životne sredine. „Nadamo se da ovaj rad može utrti put ka razumijevanju mikrobnih funkcija koje podržavaju otpornost biokore na klimatske obrasce koji se brzo mijenjaju i sve češće suše.“
Biološke zemljišne kore su skupovi organizama koji formiraju višegodišnji, dobro organizovan površinski sloj u zemljištu. Oni su široko rasprostranjeni, javljaju se na svim kontinentima gde god nedostatak vode ograničava rast običnih biljaka, omogućavajući svetlosti da dopre do golog tla. Ali još uvek ima dovoljno vode da podrži rast mikroorganizama koji obavljaju vredne usluge ekosistema kao što su uzimanje ugljenika i azota iz vazduha i njihovo fiksiranje u tlu, recikliranje hranljivih materija i držanje čestica tla zajedno, što pomaže u sprečavanju prašine.
Ta funkcija stabilizacije tla – koja smanjuje eroziju tako što omogućava da se tlo zgruda i ne razbije u prašinu – izuzetno je važna, kaže Couradeau. Njena istraživačka grupa, sada u Penn State College of Agricultural Sciences, već deceniju intenzivno proučava biokoru.
„Većina prašine se stvara u sušnim područjima, a studije sugerišu da prisustvo biokora u suvim područjima uveliko smanjuje količinu prašine koja bi inače ušla u atmosferu“, rekla je ona. „Mislimo da bi gubitak biokora prouzrokovao povećanje globalne emisije prašine i taloženja za 5% do 15% – što bi uticalo na klimu, životnu sredinu i zdravlje ljudi.“
U polusušnim regionima u kojima postoji biokora, organizmi — sitne mahovine, lišajevi, zelene alge, cijanobakterije, druge bakterije i gljive — mogu doživeti samo nekoliko padavina ili snega godišnje, objasnio je Rajan Treksler, kandidat za doktorske studije. Intercollege postdiplomski program iz ekologije i biogeohemije, koji je predvodio istraživanje.
„Kada je tlo suvo, uglavnom mikrobi u tlu miruju i ne rade mnogo“, rekao je on. „Ali čim osete vodu, reanimiraju se veoma brzo, u roku od nekoliko sekundi do minuta. I aktivno prave hlorofil i fiksiraju ugljenik i azot dok se tlo ponovo ne osuši — a onda mikrobi ponovo miruju. ciklusi aktivnosti svaki put kada pada kiša.“
Da bi proučavali biokoru, istraživači su uzeli uzorke sa tri parcele neometanih biokora kojima dominiraju cijanobakterije koje se nalaze na visoravni Kolorado u blizini Moaba, Juta. Uzorci biokore su uzeti u jesen nakon kiše koja je dovoljno navlažila tlo da aktivira mikrobe. Uzorci su naknadno sušeni i čuvani u mraku, a zatim ponovo navlaženi mnogo kasnije u istraživanju.
„Uzorkovali smo ono što zovemo ‘hladna pustinja’, jer je veoma sušna, ali zimi ponekad pada sneg“, rekao je Treksler. „Dakle, nije tako vruće kao na mnogim drugim sušnim mestima, ali biljke ipak ne mogu da uspevaju tamo jer nema dovoljno vode. I tako, jedina zajednica koju nalazimo u zemljištu na lokaciji su mikrobi.“
Da bi utvrdili koji su mikroorganizmi aktivni u zajednicama tla, istraživači su spojili bioortogonalno nekanonsko označavanje aminokiselina – poznato kao BONCAT – sa sortiranjem ćelija aktiviranim fluorescencijom. BONCAT je moćan alat za praćenje sinteze proteina na nivou pojedinačnih ćelija unutar zajednica i celih organizama, dok fluorescentno aktivirano sortiranje ćelija sortira ćelije na osnovu toga da li proizvode nove proteine.
Istraživači su kombinovali ove procese sa metagenomskim sekvenciranjem puške, što im je omogućilo da sveobuhvatno uzorkuju sve gene u svim organizmima prisutnim u uzorcima biokore. Oni su primenili ovu metodu da profilišu raznovrsnost i potencijalne funkcionalne sposobnosti aktivnih i neaktivnih mikroorganizama u zajednici biokora nakon što su oživljeni simuliranom kišom. Istraživači su otkrili da njihov novi pristup može uočiti aktivne i neaktivne mikroorganizme u vlažnim biokorama.
Aktivne i neaktivne komponente zajednice biokora razlikovale su se u bogatstvu vrsta i sastavu i četiri sata i 21 sat nakon događaja vlaženja, izvestili su istraživači.
