Глобальные изменения могут способствовать краткосрочной эволюционной адаптации микробов
Новое исследование под руководством Института морских наук (ICM-CSIC) в Барселоне предполагает, что глобальные изменения способствуют краткосрочной эволюционной адаптации земного микробиома, который составляет ~15% от общей биомассы планеты. Это может иметь прямые последствия для общества, поскольку мы зависим от микробов во многих важных процессах.
Например, рыболовство в значительной степени зависит от микробной активности для поддержания морской пищевой сети. Кроме того, морские микробы, составляющие 70% морской биомассы, способствуют регулированию климата, захватывая CO2~ из атмосферы, и ответственны за 50% первичной продукции планеты. Поэтому критически важно понимать, как текущие условия океана могут повлиять на эволюцию микробов и что может произойти при их изменении.
Исследование, только что опубликованное в журнале Trends in Microbiology, фокусируется на эволюции микробов в короткие временные масштабы, такие как годы или десятилетия, что ранее не анализировалось непосредственно в дикой природе. Это особенно актуально сегодня, когда у нас есть технологические возможности для исследования геномных изменений у диких микроорганизмов, что может помочь предсказать влияние экологических изменений на экосистемные услуги, предоставляемые микробиомом.
«Важно учитывать эволюцию диких морских микробов, чтобы делать точные прогнозы об их изменениях в условиях будущих глобальных изменений. Однако большинство исследований до сих пор были сосредоточены на изучении краткосрочных реакций с использованием модельных организмов, тогда как наш теоретический подход совершенно иной», — говорит соавтор исследования Джорджина Бреннан.
Соавтор Рамиро Логарес отмечает: «Эти современные эволюционные процессы являются следствием быстрой адаптации к биотическим или абиотическим факторам (например, температуре), которые могут быстро меняться из-за изменения климата».
Переместиться, адаптироваться или погибнуть
Сталкиваясь с изменениями окружающей среды, организмы имеют три возможные реакции: переместиться, адаптироваться или погибнуть. Эволюция может происходить с разной скоростью в зависимости от таких факторов, как скорость размножения или размер популяции. То, что микробы эволюционируют в ответ на изменения среды гораздо быстрее, чем другие животные, хорошо известно благодаря нескольким лабораторным исследованиям. Например, они показали, что при повышенных температурах некоторые виды могут расти быстрее. Однако реакции в дикой природе изучены очень мало.
Для их изучения требуется секвенирование ДНК для обнаружения мутаций, что стало экономически осуществимым в природе лишь в последнее десятилетие. «Теперь у нас есть ресурсы и технологии, чтобы понять, как будет эволюционировать океанический микробиом в условиях будущих глобальных климатических изменений», — пишут авторы.
Они считают необходимым создание геномных обсерваторий для мониторинга эволюции микробов в различных регионах и на разных глубинах океана, включая как нетронутые, так и деградировавшие районы. Это позволит генерировать длинные временные ряды данных ДНК для отслеживания современной микробной эволюции и её потенциального влияния на функционирование и здоровье экосистем.