Почвенные бактерии развиваются с изменением климата

Хотя обычно считается, что эволюция происходит в течение миллионов лет, исследователи из Калифорнийского университета в Ирвине обнаружили, что могут развиваться в ответ на изменение климата за 18 месяцев. В исследовании, опубликованном в Труды Национальной академии наук, биологи из UCI обнаружили, что эволюция — это один из способов, которым почвенные могут справиться с глобальным потеплением.


Почвенные микробиомы — скопление бактерий и других микробов в почве — являются важнейшим двигателем глобального углеродного цикла; микробы разлагают мертвый растительный материал, возвращая питательные вещества обратно в экосистему и высвобождая углерод обратно в атмосферу. Множественные факторы окружающей среды влияют на состав и функционирование микробиомов почвы, но эти реакции обычно изучаются с экологической точки зрения, задаваясь вопросом, какие виды микробов увеличиваются или уменьшаются в численности по мере изменения условий окружающей среды. В текущем исследовании команда UCI изучала, эволюционируют ли виды бактерий в почве при изменении окружающей среды.

«Мы знаем, что эволюция бактерий может происходить очень быстро, как реакция на антибиотики, но мы не знаем, насколько важной может быть эволюция для бактерий в окружающей среде в условиях продолжающегося изменения климата», — сказал доктор Алекс Чейз, ведущий автор книги. учусь и бывший аспирант UCI.

Некоторые присущие им характеристики должны позволить почвенным микробам быстро адаптироваться к новым климатическим условиям. Микробы многочисленны и могут воспроизводиться всего за несколько часов, поэтому редкая генетическая мутация, позволяющая адаптироваться к новым климатическим условиям, может произойти случайно за короткий промежуток времени. Однако большая часть того, что известно об эволюции бактерий, получено в результате контролируемых лабораторных экспериментов, в которых бактерии выращиваются в колбах с искусственной пищей. Было неясно, происходит ли эволюция в почвах достаточно быстро, чтобы соответствовать последствиям текущих темпов изменения климата.

«Текущие прогнозы о том, как изменение климата повлияет на микробиомы, основаны на предположении, что виды микробов статичны. Поэтому мы хотели проверить, могут ли бактерии быстро развиваться в естественных условиях, таких как », — пояснил д-р Чейз.

Чтобы измерить эволюцию в естественной среде, исследователи развернули первый в истории эксперимент по бактериальной эволюции в этой области, используя почвенную бактерию под названием Curtobacterium. Исследователи использовали 125 «микробных клеток», заполненных микробной пищей, состоящей из мертвого растительного материала. (Клетки позволяют транспортировать воду, но не другие микробы.) Затем клетки подвергали бактерии воздействию целого ряда климатических условий через градиент высот в Южной Калифорнии. Команда провела два параллельных эксперимента в течение 18 месяцев, измеряя как экологические, так и эволюционные реакции бактерий.

«Микробные клетки позволили нам контролировать типы присутствующих бактерий, одновременно подвергая их воздействию различных условий окружающей среды в разных местах. Затем мы могли бы проверить, например, как теплые и засушливые условия пустыни влияют на генетическое разнообразие единственный вид Curtobacterium, — сказал доктор Чейз.

Спустя 18 месяцев ученые секвенировали бактериальную ДНК из микробных клеток в экспериментах. В первом эксперименте с разнообразным почвенным микробиомом изменилась численность различных видов Curtobacterium, что является ожидаемой экологической реакцией. Во втором эксперименте за тот же период времени генетическое разнообразие одной бактерии Curtobacterium изменилось, что свидетельствует об эволюционной реакции на те же условия окружающей среды. Авторы приходят к выводу, что как экологические, так и эволюционные процессы могут влиять на то, как почвенный микробиом реагирует на изменение климатических условий.

«Исследование показывает, что мы можем наблюдать быструю эволюцию почвенных микробов, и это захватывающее достижение. Наша следующая цель — понять важность эволюционной адаптации почвенных в условиях будущего изменения климата», — сказала соавтор Дженнифер Мартини, профессор кафедры экологии и эволюционной биологии, который является соруководителем инициативы UCI Microbiome Initiative.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments