Ученые раскрыли, как почвенные микробы выживают в суровых условиях пустыни

Исследование под руководством микробиолога Дагмар Вёбкен из Центра микробиологии и наук об окружающей среде (CeMESS) Венского университета ответило на давний вопрос о том, как бактерии пустынных почв выживают в условиях продолжительных засух и редких ливней.

Сухие земли занимают более 46% площади суши и расширяются из-за изменений климата и нерационального землепользования. В пустынях под поверхностью процветает невидимая жизнь: микроорганизмы в биокорке (верхние миллиметры-сантиметр почвы) обогащают почву углеродом и азотом, предотвращают эрозию и удерживают воду, несмотря на сложные условия.

Используя современные методы микробной экологии, команда выяснила, что бактерии пустынных почв переживают длительные засухи в состоянии покоя, но реактивируются в ответ на редкие и короткие дожди.

"All-in" стратегия реактивации

В биокорках пустыни Негев (Израиль) была обнаружена стратегия полной вовлеченности. В узкое "окно активности" во время дождя активируется почти все микробное разнообразие почвы и отдельные клетки.

"Когда мы моделируем дождь в лаборатории, мы наблюдаем, что в первые 15–30 минут почти все таксономические группы переключаются из режима покоя в активный режим", — объясняет Димитри Майер, соавтор исследования.

После реактивации бактерии быстро начинают вырабатывать энергию и восстанавливать свои геномы.

Методология исследования

Ученые моделировали дождевые события с водой, меченной стабильным изотопом (тяжелый водород). С помощью NanoSIMS они исследовали отдельные клетки, чтобы увидеть, какие из них включили тяжелые атомы водорода.

"Мы обнаружили, что реактивируются почти все клетки биокорки, но за эти короткие события лишь небольшая часть клеток способна делиться", — объясняет кандидат наук и соавтор Стефани Иммингер.

Большая часть клеток использует дождь для регенерации и подготовки к следующей засухе, но без деления.

Адаптация и значение

"Они идеально адаптированы, чтобы выдерживать краткосрочные изменения содержания воды в почве... Кроме того, разнообразное микробное сообщество способно к немедленной реактивации, что очень полезно, когда оно должно вернуться в состояние покоя в течение нескольких часов или дней", — говорит Дагмар Вёбкен.

Эти выводы актуальны не только для пустынь. Способность переживать нехватку воды станет все более важной для почвенных микроорганизмов в умеренных регионах, поскольку частота и интенсивность засух растут. Изучение пустынных почв помогает понять, какие особенности позволяют микробам успешно выживать в таких условиях.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.