Новые модели для прогнозирования бактериального разнообразия почв

Международная команда исследователей, включая доцента кафедры растениеводства Университета Пенсильвании Франсиско Дини-Андреоте, разработала новый набор количественных моделей, интегрирующих показатель pH в метаболическую теорию экологии (МТЭ).

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences в статье "Integrating pH into the metabolic theory of ecology to predict bacterial diversity in soil".

Почвы — самые сложные и биоразнообразные экосистемы на Земле. Микробное разнообразие в почвах играет незаменимую роль в анаболических и катаболических циклах углерода, азота и серы. Кроме того, улучшение способности прогнозировать закономерности почвенного биоразнообразия критически важно для понимания влияния изменения климата на функционирование почв и реакции почвенных микробов на сдвиги температурных и осадочных режимов.

Метаболическая теория экологии связывает скорость диверсификации организмов (их метаболическую скорость) с размером тела и температурой организма. Исследователи добавили к параметрам МТЭ вариацию локального pH как дополнительную переменную, которая выступает строгим фильтром биоразнообразия в почвах, влияя на виды микробов, действующих и выживающих в почве.

Учитывая все эти факторы — метаболическую скорость, массу, температуру и pH — учёные смогли учесть ранее необъяснимую вариацию во взаимосвязи между эдафическими свойствами почвы, температурой и биогеографическими паттернами бактериального разнообразия. Модели были успешно протестированы и валидированы на множестве масштабов: от скорости диверсификации отдельных бактериальных штаммов до локальных и континентальных почвенных сообществ.

Это позволяет лучше понять закономерности распределения микробов в почвах и ответить на давние вопросы: "Что определяет вариацию почвенного биоразнообразия?" и "Как можно моделировать и предсказывать динамические изменения в почвенном биоразнообразии?".

В перспективе это позволит лучше использовать геномный и функциональный потенциал почвенных микроорганизмов для достижения желаемых результатов — от поддержания ключевых функций экосистем, таких как хранение углерода в почве, до манипулирования полезными микроорганизмами, ассоциированными с растениями, для повышения урожайности в сельском хозяйстве.

Данное исследование также открывает возможности для интеграции в модели других переменных, таких как вариация влажности и засоленности почвы. Это значительно улучшит способность учёных понимать распределение почвенных микробных видов и их роль как инженеров основных экосистемных процессов.