Грибы пробуждают бактерии от спячки
Когда почва высыхает, это негативно влияет на активность почвенных бактерий. Используя инновационную комбинацию современных аналитических и визуализационных методов, исследователи из UFZ обнаружили, что грибы повышают активность бактерий в сухих и бедных питательными веществами местообитаниях, снабжая их водой и питательными веществами. Способность грибов регулировать засуху в почве и тем самым поддерживать экосистемные функции — важное открытие в контексте изменения климата.
Многие грибы распространяются в почве с помощью тонкой сети нитей — гиф. В поисках воды и питательных веществ гифы растут в разных направлениях, постоянно расширяя сеть. Найдя ресурсы, гриб поглощает и транспортирует их через гифы, снабжая даже сухие или бедные питательными веществами участки своей сети. Но пользу от этого транспорта получают не только сами грибы: бактерии также обеспечиваются водой и питательными веществами, необходимыми для их роста. Это было продемонстрировано в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications.
Экспериментальное доказательство
Исследователи изучили транспорт воды, субстратов и питательных веществ через микроскопические гифы грибов. Грибы выращивали на питательной среде с водой, глюкозой и азотсодержащими питательными веществами. Гифам нужно было прорасти через сухую, лишённую питательных веществ зону, чтобы достичь новой области со средой. В этой неблагоприятной переходной зоне находились споры почвенной бактерии Bacillus subtilis. Споры — это неактивные стадии бактерий, формирующиеся при недостатке воды, пищи и питательных веществ. Бактерии впадают в своеобразный спящий режим, из которого выходят только при улучшении условий.
В эксперименте условия действительно улучшились благодаря росту грибов: «По мере того как грибные гифы прорастали через сухую зону, бактериальные споры прорастали, и мы наблюдали явную микробную активность», — говорит доктор Лукас Й. Вик. «Грибы явно улучшили условия для бактерий и разбудили их от спячки, как Спящую красавицу».
Химический анализ с помощью NanoSIMS
Чтобы понять, что происходит на химическом уровне, исследователи заранее «пометили» воду, глюкозу и азотсодержащие питательные вещества в среде стабильными изотопами. Если эти вещества передавались от гриба к бактериям, их можно было обнаружить с помощью изотопной метки и метода вторичной ионной масс-спектрометрии (NanoSIMS) с наноразрешением.
«Метод NanoSIMS показывает распределение элементов и изотопов и, следовательно, позволяет наблюдать метаболические процессы», — объясняет профессор Маттиас Кестнер. «Как выяснилось, мы действительно нашли стабильные изотопы меченой воды, глюкозы и азотсодержащих питательных веществ в клеточной массе бактерий — они могли поступить только от грибов».
Значение для почвенной экосистемы
Это исследование дало важное представление о функции грибов в почвах. Грибы служат насосными станциями и трубопроводами для воды, субстратов и питательных веществ, могут колонизировать неблагоприятные места, делая их пригодными для жизни бактерий, и тем самым стимулировать микробную активность в почве.
Ранее исследователи уже показали, что гифы грибов действуют как «грибное шоссе» для бактерий, позволяя им перемещаться, и являются «горячей точкой» для переноса бактериальных генов. «Результаты этого последнего исследования ещё раз демонстрируют, что благодаря взаимодействию с бактериями грибы играют значительную, ранее недооценённую роль в почвенной экосистеме», — говорит Вик.
Если почва загрязнена, например, поллютантами, бактерии могут их разлагать. Но если почва слишком сухая, процессы деградации останавливаются. «Если засушливый период длится ограниченное время, грибы оказывают стабилизирующее действие и могут поддерживать почвенные процессы. Это может быть особенно важно в связи с последствиями изменения климата, если соотношение сухих и влажных участков почвы резко возрастёт», — говорит Кестнер.
В будущих исследованиях учёные намерены ещё более пристально изучить почву как целостную экосистему. «Мы хотим провести почвенные эксперименты в различных условиях окружающей среды и выяснить, какое влияние рост грибов оказывает на разложение загрязняющих веществ», — говорит Вик. Он добавляет: «Важно лучше понимать роль грибов в почвенной экосистеме. Только когда мы поймём, как работает почва, мы сможем реагировать на изменения, например, вызванные изменением климата, обоснованными решениями».