Smatra se da bakterije koje koriste biljkama ključni doprinose usevima i drugim ekosistemima, ali klimatske promene mogu smanjiti njihov broj, prema novoj studiji međunarodnog tima istraživača. Svoje nalaze su objavili u časopisu Nature Food.
Saradnja, uključujući Francisca Dini-Andreotea, profesora nauke o biljkama u Penn State-u, karakterisala je obilje i distribuciju biljnih korisnih bakterija (PBB) iz tla prikupljenih širom sveta. Istraživači su zatim modelirali kako na ove mikrobne zajednice mogu uticati klimatske promene zavisne od fosilnih goriva u sledećem veku.
Koristeći postojeće podatke iz projekta Earth Microbiome, istraživači su identifikovali mikrobe koji mogu pružiti usluge biljkama kao što su biokontrola ili ograničavanje uticaja patogena, promocija rasta biljaka i otpornost na stres. Takve usluge impliciraju ove bakterije kao ključne komponente produktivnih agroekosistema, koji prvenstveno daju hranu.
„Biljke su kolonizovane raznovrsnim skupom mikroba na i u njihovim korenima, listovima i stabljikama“, rekao je Dini-Andreote. „Ovi mikrobiomi povezani sa biljkama predstavljaju proširenje metaboličkog kapaciteta biljke – često se naziva ‘drugi genom biljaka’.“
Ovaj pojam odražava koncept hologenoma, koji uzima u obzir ukupan skup gena koje sadrži organizam i njegov povezani mikrobiom da bi se zaključili o zdravlju i evoluciji organizma. Prema istraživačima, karakterizacija biogeografije PBB-a postavlja osnovu za razumevanje varijabli koje upravljaju obrascima globalne mikrobne zajednice i predviđanje njihove budućnosti u svetu koji se brzo menja.
Njihova analiza je otkrila nekoliko trendova u raznolikosti PBB-a, uključujući viši nivo diverziteta i bogatstvo u nižim geografskim širinama, sa najvećom koncentracijom u Severnoj Americi i Africi. Identifikovano je ukupno 396 rodova, taksonomskog ranga iznad nivoa vrste.
Istraživači su otkrili da su lokalne varijable životne sredine – klima, posebno – bile jaki prediktori sastava zajednice PBB-a, što je verovatno imalo snažan uticaj na distribuciju PBB-a. Ovo sugeriše da klima utiče na to koje bakterije se nalaze gde i u kojoj proporciji.
Da bi istražili kako se obilje i distribucija PBB mogu promeniti tokom sledećeg veka, istraživači su modelirali nekoliko klimatskih scenarija zasnovanih na projekcijama Međuvladinog panela za klimatske promene.
Prema scenariju razvoja na fosilna goriva, koji pretpostavlja utrostručene emisije gasova staklene bašte do 2075. godine, model je predvideo da će PBB povezan sa biokontrolom i otpornošću na stres opasti za 0,60% u 80% globalnih regiona, za razliku od 0,07% u scenariju održivosti. Prema svim scenarijima, predviđa se da će regioni srednje geografske širine iskusiti stabilan pad, dok se povećanje PBB očekuje u polarnim i ekvatorijalnim regionima.
Dini-Andreote je primetio da su prediktivne studije poput ove široko uticajne, ali je upozorio da su modeli ograničeni i da moraju biti eksperimentalno potvrđeni. Na primer, u kontrolisanim okruženjima, sistemi biljaka i zemljišta mogu biti izloženi uslovima zagrevanja ili suše, nakon čega istraživači mogu proceniti promene na osnovu uticaja i prilagođavanja PBB zajednica u odnosu na kontrole.
Drugim rečima, potrebno je eksperimentisanje da bi se znalo kako će PBB uticati na stres izazvan klimom i koji nivoi opadanja PBB će imati kritičan uticaj na zdravlje biljaka.
Pored informisanja o ekološkim istraživanjima zajednice, istraživači su rekli da se nadaju da će pokrenuti poljoprivredne inovacije i aplikacije za povećanu sigurnost hrane. Ali malo je verovatno da će te inovacije uključiti probiotike u tlu za obnavljanje smanjenog PBB-a.
Dini-Andreote je rekao da takvi bioinokulanti često mogu imati nekoliko nedostataka, kao što je zahtev za stalnu primenu. Pored toga, samo mali deo, oko 5% do 10%, mikroba u zemljištu može da se uzgaja, što ograničava razvoj probiotika punog spektra.
Dini-Andreote je ponudio alternativu.
„Unaprjeđujući naše razumevanje o tome kako ovi različiti PBB preživljavaju u vezi sa biljkama, na primer u rizosferi biljaka, možemo razviti strategije za projektovanje useva za proizvodnju jedinjenja koja hrane ove korisne mikrobe“, rekao je Dini-Andreote.
Kroz ovaj pristup, sugerišu istraživači, biljke bi mogle da regrutuju korisne bakterije bez potrebe za spoljnim unosom probiotika. Potencijalni uticaji ovakvih aplikacija su neopisivi, rekao je Dini-Andreote, ali naglašavaju važnost istraživanja granice mikrobioma koje brzo napreduje.
„Nadamo se da će ovaj rad poslužiti kao katalizator za više empirijskih studija PBB-a“, rekao je Dini-Andreote.
Set Bordenštajn, direktor Centra za mikrobiome jednog zdravlja i profesor biologije i entomologije koji drži katedru za mikrobiomske nauke Doroti Foer Hak i J. Lojda Haka, ponovio je mišljenje i pohvalio rad.
„Ovo visoko-profilno istraživanje je svedočanstvo uticajnog i originalnog istraživanja dr Dini-Andreotea o interakcijama biljaka i mikroba u kontekstu jednog zdravlja, obuhvatajući zdravlje tla, biljaka i ljudi“, rekao je Bordenštajn. „Njegova vizija za studije hologenoma biljaka i integraciju sa globalnim ekološkim i geografskim podacima ne samo da pokreće znanje na nivou udžbenika, već takođe podiže uzbunu u vezi sa izazovima održivosti potkrepljenim dokazima.“
