Важность редких видов микробов гораздо выше, чем принято считать

Редкие виды бактерий в микробном сообществе — каждый из которых составляет не более 0,1% от всей популяции — играют очень важную роль для здоровья и стабильности экосистемы. Исследование опубликовано 3 марта в журнале Applied and Environmental Microbiology Американского общества микробиологии.

Работа направлена на фундаментальное понимание того, как биоразнообразие способствует функционированию экосистемы.

Несмотря на малую численность каждого редкого вида, их общее количество в сообществе может достигать нескольких сотен. Таким образом, так называемая «редкая биосфера» может составлять примерно 20–30% от всех отдельных бактерий в водном сообществе.

Как показали авторы, огромное количество редких видов приводит к тому, что редкая биосфера содержит большой резервуар генов, способных разлагать важные органические загрязнители. Это может помочь всему микробному сообществу сохранять стабильность перед лицом меняющихся условий, включая, возможно, изменение климата.

Для исследования этой проблемы команда из Технологического института Джорджии (Атланта) создала «мезокосмы» — экспериментальные системы в помещении, содержащие по 20 литров воды каждый. Их заселили образцами воды из близлежащего пресноводного озера Ланьер.

Затем в мезокосмы добавили три часто используемых органических химических вещества, которые изначально в образцах отсутствовали. Это было сделано намеренно, поскольку соединения, обычные для озера, обычно метаболизируются многочисленными членами сообщества и не позволили бы изучить редкую биосферу. Важные загрязнители окружающей среды также обычно присутствуют в природных средах в низких концентрациях, подобно использованным соединениям, — за исключением крупных событий, таких как разливы нефти.

Испытанные соединения включали:

• 2,4-дихлорфеноксиуксусную кислоту (2,4-D) — широко используемый гербицид, эндокринный разрушитель и «возможный канцероген для человека» по данным Международного агентства по изучению рака (IARC).
• Кофеин (1,3,7-триметилмочевая кислота).
• 4-нитрофенол (4-NP) — предшественник нескольких фунгицидов и продукт разложения пестицидов.

Эти соединения были выбраны потому, что их пути биодеградации и лежащие в их основе гены известны, что облегчило отслеживание, какие микробные популяции кодируют белки для разложения этих органических соединений.

Исследователи неоднократно отбирали пробы из мезокосмов, чтобы определить, какие виды бактерий размножились или сократились в ответ на добавление химикатов. Результаты позволили строго проверить гипотезу о том, что именно виды с низкой численностью, в отличие от обычных видов, обеспечивают метаболическое разнообразие, позволяющее сообществу реагировать на добавленные соединения и меняющиеся условия.

Мотивацией для исследования было стремление лучше предсказывать, как микробные сообщества будут реагировать на будущие возмущения, такие как пестициды, разливы нефти и даже изменение климата. Результаты этой и будущих работ могут помочь оценить ценность микробного разнообразия для функционирования экосистемы, включая поддержание устойчивости к антропогенному загрязнению, и предсказать последствия потери биоразнообразия.