В почве бушуют бактериальные войны, и это способствует поддержанию здоровья экосистем

Бактерии, питающиеся другими бактериями, на удивление распространены в почвенных экосистемах.

В почве, в масштабах, слишком малых, чтобы их можно было увидеть без микроскопа, усердно трудятся сложные сообщества микроорганизмов — они питаются, размножаются и, да, убивают друг друга. 

Хищники — это далеко не всегда привычные нам львы или соколы, обитающие в видимых человеку пищевых цепочках, объясняют авторы нового метаанализа, опубликованного в журнале mBio. Иногда это крошечные бактерии, которые устраивают настоящую охоту под землей, собираясь в свирепые «волчьи стаи». Зачастую они слишком малы, чтобы полностью проглотить свою добычу, но, как отмечают исследователи, «пожирают её с не меньшей яростью». Один из видов почвенных бактерий с весьма говорящим названием Vampirovibrionales «просверливает дыру в своем хозяине» с помощью органов, напоминающих клыки, и «высасывает все соки», рассказывает соавтор работы Дженнифер Петт-Ридж, старший научный сотрудник Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса.

Хорошо известно, что эти хищные почвенные бактерии существуют, говорит Петт-Ридж. Но авторы хотели узнать: насколько они важны? 

«Хищничество может играть действительно важную роль в экосистемах», — говорит ведущий автор исследования Брюс Хангейт, микробиолог-эколог из Университета Северной Аризоны. По его словам, хищники могут влиять на то, какие организмы процветают в той или иной местности, а также на скорость перемещения таких элементов, как углерод и азот, и на то, куда они направляются.   

Хотя другие микроорганизмы, такие как нематоды или амебы, более известны как хищники в почвенной среде, «мы обнаружили, что хищные бактерии, или бактерии, которые питаются другими бактериями, удивительно активны в почве», — говорит Хангейт.

Лишь за последние 20 лет, благодаря новым технологиям секвенирования, исследователям удалось точно идентифицировать некоторые из различных организмов, присутствующих в этих почвенных микробных сообществах. Однако отслеживание их взаимодействий и поведения остается незавершенной задачей: как с технической, так и с культурной точки зрения, говорит Хангейт. 

По его словам, в микробиологии большое внимание уделялось выделению и измерению организмов в лабораторных условиях. Таким образом ученые многому научились, но в экологии «нас интересует, что делают организмы в природе? А для микроорганизмов это оказалось очень сложно выяснить». 

Сегодня, по словам Хангейта, микробиологи-экологи прилагают все усилия, чтобы выяснить, «не только кто там находится, но и что они делают? И как быстро?» 

Метаанализ, проведенный большой группой исследователей из нескольких учреждений, проанализировал данные, собранные авторами на 15 участках по всей Северной Америке, от тропических почв Пуэрто-Рико до торфяного болота в Миннесоте. Во всех этих экспериментах исследователи использовали метод, называемый «зондирование стабильными изотопами» (SIP), для отслеживания скорости роста почвенных бактерий, которые, как считается, являются хищными. Почву поливали своего рода «тяжелой» водой, содержащей особый изотоп O-18, и активные организмы — то есть те, которые синтезировали новую ДНК — поглощали отслеживаемый изотоп O-18 в свою ДНК, которая затем извлекалась и анализировалась. Помимо O-18, отслеживались также такие элементы, как углерод. 

«Если вы хищник, если вы лев на вершине пищевой цепи, вы на самом деле накопите больше этих уникальных индикаторов», — говорит Петт-Ридж. Результаты исследования показывают, что это правило справедливо и для микробных пищевых цепей. Исследователи обнаружили, что бактерии, которые питались только другими бактериями (хищниками микробного мира), «были наиболее изотопно обогащены во всех этих исследованиях», — говорит Петт-Ридж. Другими словами, они росли и поглощали углерод с большей скоростью, чем другие бактерии. 

Авторы отметили, что существуют ограничения в классификации хищных бактерий — микробиологам еще многое предстоит узнать об образе жизни бактерий. Хангейт также указал, что моделирование дождя, которое они проводили для экспериментов по исследованию стабильных изотопов, может изменить почву и поведение обитающих в ней организмов, и необходимы дополнительные исследования в разные сезоны и при различных погодных условиях.  

«Результат, показывающий, что рост и поглощение углерода выше у бактерий, которые, возможно, ведут хищнический образ жизни, чем у других бактерий, интересен и подтверждает идею о том, что бактериальные хищники могут играть важную роль в почвенной пищевой цепи», — написала Теа Уитман, почвенный эколог из Университета Висконсина в Мэдисоне, которая не принимала участия в исследовании, в электронном письме журналу Popular Science. 

В конечном итоге, как утверждают исследователи, понимание того, чем занимаются эти существа, помогает ученым приблизиться к более глубокому пониманию этих мини-экосистем и того, как такие элементы, как углерод, циркулируют в них. Чем лучше они смогут понять, как углерод перемещается в этих системах, тем точнее ученые смогут предсказать, каким будет наш климат в будущем.  

В моделях, помогающих нам прогнозировать потенциально катастрофическое климатическое будущее, «нам действительно необходимо включить эти организмы, нам необходимо включить этот механизм переноса углерода между организмами», — говорит Петт-Ридж. «И я вам скажу прямо сейчас, что это абсолютно не включено ни в одну модель».

Ellie Shechet “Bacteria wars are raging in soil, and it’s keeping ecosystems healthy”

Перевод статьи «Bacteria wars are raging in soil, and it’s keeping ecosystems healthy» автора Ellie Shechet, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык

Фото: Учёным было известно о существовании хищных почвенных бактерий, но они только начинают понимать их важность.