Микроскопические капли на листьях защищают бактерии от дневной сухости

Микроскопические капли на поверхности листьев служат убежищем для бактерий, которые в противном случае могут не выжить в сухих дневных условиях, согласно новому исследованию, опубликованному в eLife.

Понимание этой стратегии выживания бактерий в засушливых условиях может позволить ученым разработать методы поддержания здорового микробиома растений в сельскохозяйственных и природных условиях.

Поверхность среднего листа кишит примерно 10 миллионами микробов — популяцией, сравнимой с населением крупных городов, — которые способствуют здоровью и повседневному функционированию растения. Ученые давно задавались вопросом, как бактериям удается выживать, когда дневные температуры и солнечный свет высушивают поверхность листьев.

«Хотя листья могут казаться совершенно сухими в течение дня, есть свидетельства, что они часто покрыты тонкими жидкими пленками или микрометровыми каплями, невидимыми невооруженным глазом», — говорит соавтор Маор Гринберг, аспирант факультета сельского хозяйства, питания и окружающей среды им. Роберта Х. Смита Еврейского университета в Реховоте, Израиль. «До сих пор было неясно, достаточно ли этой микроскопической влажности, чтобы защитить бактерии от высыхания».

Чтобы ответить на этот вопрос, Гринберг вместе с соавтором, научным сотрудником Томером Ореви и их командой воссоздали в лаборатории условия, подобные поверхности листа, используя стеклянные пластины, подвергавшиеся различным уровням влажности. Затем они провели эксперименты с более чем дюжиной различных видов бактерий в этих условиях.

Они наблюдали, что, хотя эти поверхности казались сухими невооруженным глазом, под микроскопом клетки и агрегаты бактерий были надежно защищены в крошечных каплях. Интересно, что более крупные капли формировались вокруг агрегатов из более чем одной клетки, в то время как вокруг одиночных клеток образовывались лишь крошечные капли. Эта микроскопическая влажность вызвана процессом, называемым деликвисценцией, — когда гигроскопические вещества, такие как аэрозоли, преобладающие на листьях, поглощают влагу из атмосферы и растворяются в ней, образуя капли.

«Мы обнаружили, что клетки бактерий могут выживать внутри этих капель более 24 часов, и показатели выживаемости были намного выше в более крупных каплях», — объясняет Ореви. «Наши результаты показывают, что с помощью методов самоорганизации, например, путем агрегации, эти клетки могут повысить свои шансы на выживание в средах, часто подверженных высыханию».

По словам старшего автора Надава Каштана, доктора философии, доцента факультета сельского хозяйства, питания и окружающей среды им. Роберта Х. Смита Еврейского университета, эти выводы могут иметь важные последствия для сельского хозяйства, поскольку человеческая деятельность может непреднамеренно нарушить этот механизм выживания бактерий, подвергая опасности здоровье сельскохозяйственных культур и естественной растительности. «Более глубокое понимание того, как микроскопическая влажность листьев может защищать здоровый микробиом растений и как она может нарушаться сельскохозяйственными практиками и антропогенными выбросами аэрозолей, имеет большое значение», — говорит он.

Каштан также отмечает, что подобная микроскопическая влажность поверхности, вероятно, возникает в почве, в искусственной среде, на коже человека и животных и, возможно, даже во внеземных системах, где условия могут позволять это, что указывает на то, что такие стратегии выживания бактерий не ограничиваются поверхностью листьев.