Бактериальные сообщества из луж помогают разгадать экосистемные загадки

Исследователи использовали экосистемы луж, чтобы начать распутывать роли различных бактерий в сложных сообществах.

Бактерии покрывают все поверхности на Земле, живут в почве и воде, и даже внутри других существ, включая нас самих. Они часто играют ключевые роли, например, помогая нам переваривать пищу или предоставляя «экосистемные услуги», такие как разложение отмершего растительного материала и возвращение питательных веществ в почву.

Выяснение того, какие виды бактерий выполняют какие роли в конкретных экосистемах, может помочь нам создавать оптимальные сообщества, например, для очистки загрязнённых земель или улучшения работы нашего кишечника.

Однако бактериальные экосистемы невероятно сложны — в одной чайной ложке прудовой воды сотни различных видов бактерий. Это затрудняет определение роли каждого типа.

Теперь исследовательская группа под руководством Имперского колледжа Лондона распутала некоторые роли бактерий, живущих в лужах — в частности, тех, что образуются у основания деревьев и помогают разлагать опавшие листья.

Исследование, опубликованное в Nature Microbiology, изучило 753 древесные лужи и их бактериальные сообщества, обнаружив закономерности, которые могут быть применимы к другим экосистемам.

Упрощённые экосистемы

Ведущий исследователь доктор Томас Белл с кафедры наук о жизни Имперского колледжа заявил: «Дождевые лужи относительно просты, удобны для изучения и их легко найти — особенно в Англии — и они так же являются частью природы, как озеро или ручей. Если мы поймём, как работает лужа, те же общие принципы должны применяться и к другим экосистемам».

Предыдущие исследования в лаборатории доктора Белла включали «построение» упрощённых сообществ путём добавления или удаления бактерий по одному типу, чтобы попытаться определить их роль.

В этом исследовании команда решила проверить, можно ли распространить выводы из созданных в лаборатории луж на реальные ситуации. Они собрали образцы из луж по всему югу Англии, затем отфильтровали их в лаборатории, чтобы в них остались только бактерии. Затем они поместили эти сообщества в контролируемую среду с их обычной «пищей» — листьями.

Вместо того чтобы добавлять и убирать различные виды, команда полагалась на большое количество собранных сообществ. Наблюдая за тем, как функционирует каждое сообщество, и за обилием различных типов бактерий в каждом из них, они могли делать выводы о том, кто что делает.

Трансплантация фекальной микробиоты и восстановление среды обитания

Команда смогла связать различные типы бактерий с различными функциями, такими как дыхание или расщепление определённых материалов. В целом они обнаружили, что разные части сообщества важны для разных экосистемных функций: редкие виды отвечают за один набор функций, а обычные (многочисленные) виды — за другой.

Команда надеется, что этот метод можно будет использовать для других типов бактериальных экосистем с более широкими последствиями.

Доктор Белл сказал: «Эксперимент находится на полпути между простотой лаборатории и полной сложностью естественной системы, поэтому теперь задача — экстраполировать результаты на природу. Если это удастся, есть много направлений для применения метода: от трансплантации фекальной микробиоты до очистки загрязнений с помощью микробов и восстановления среды обитания».