Биологи заглянули в «чёрный ящик» подземного мира: исследование показывает, как крошечные микробы облегчают жизнь людям

Исследователи впервые заглянули внутрь «чёрного ящика» подземного мира, где обитают миллиарды микроскопических существ. Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, могут объяснить, как разнообразие видов в экосистеме влияет на её функционирование.

Роль почвенных организмов

Почвенные организмы выполняют для нас критически важные функции: разлагают и обезвреживают отходы и токсичные вещества, очищают воду, предотвращают эрозию и восстанавливают плодородие. Однако до сих пор было мало известно о том, как именно они это делают, какие виды для этого необходимы и как распределены их функции.

Метод исследования

Учёные, включая соавтора работы, профессора биологии Байрон Адамса, проанализировали 16 образцов почвы со всего мира — от Антарктики до тропических лесов. Они извлекли и секвенировали ДНК всех организмов из каждого образца. Изучив геномы почвенных микробов, исследователи смогли определить, какие организмы что делают, и являются ли их функциональные роли избыточными или уникальными.

Ключевое открытие

«Люди думают, что в любой горсти земли по всему миру будут примерно одни и те же микробы, выполняющие одни и те же функции. Это не так. Они функционируют совершенно по-разному в зависимости от окружающей среды. И когда у вас больше видов, вы получаете больше и разных функций», — пояснил Байрон Адамс.

Значение биоразнообразия

Наличие нескольких видов, выполняющих одну и ту же работу, может обеспечить устойчивость: если один вид вымрет, другие смогут компенсировать его функцию. С другой стороны, в экосистемах с низким биоразнообразием, например, в пустынях, где мало видов и ещё меньше «профессий», исчезновение даже нескольких видов может привести к коллапсу и нарушению предоставления необходимых нам услуг экосистемы.

Практическое применение

Понимание связи между биоразнообразием и функциями почвенных микробов — первый шаг к тому, чтобы научиться управлять этими организмами для поддержания критически важных систем, таких как плодородные почвы и чистая вода.

• Сельское хозяйство: Наиболее очевидное применение этих знаний — в агроэкосистемах.
• Прогнозирование: Лучшее понимание подземных экосистем поможет предсказать их реакцию на изменения климата или нарушения почвы (добыча полезных ископаемых, захоронение отходов) и, возможно, предотвратить экологические катастрофы.
• Эволюция: Полученные данные также могут пролить свет на процессы видообразования. Если раньше считалось, что географические барьеры — главный двигатель образования новых видов, то теперь выясняется, что взаимодействия между видами могут быть не менее важны.

«Теперь мы сможем прогнозировать, как функционируют экосистемы, что вызывает их коллапс и, возможно, даже предсказывать, где это произойдёт и как мы можем это предотвратить», — заключил Адамс.

Ведущий автор исследования — Ной Фьерир, доцент экологии и эволюционной биологии Университета Колорадо в Боулдере. Авторы полагают, что эта работа откроет новые направления исследований, посвящённых видообразованию и эволюции микробных сообществ.