_ Oamenii de știință descoperă cum solul microbii supraviețuiesc în medii aspre deșertice

Secete prelungite urmate de explozii bruște de precipitații — cum reușesc bacteriile din solul deșertului să supraviețuiască unor condiții atât de dure? Această întrebare mult dezbătută a primit răspuns acum de un proiect ERC condus de microbiologul Dagmar Woebken de la Centrul pentru Microbiologie și Știința Sistemelor de Mediu (CeMESS) de la Universitatea din Viena.

Studiul dezvăluie că bacteriile din solul deșertului sunt foarte adaptate pentru a supraviețui schimbărilor rapide de mediu experimentate cu fiecare eveniment de ploaie. Aceste descoperiri au fost publicate recent în revista Nature Communications.

Terenurile uscate acoperă peste 46% din suprafața terestră globală și se extind, nu numai din cauza schimbărilor climatice, ci și a practicilor nedurabile de gestionare a terenurilor. În timp ce plantele sunt rar întâlnite în deșerturi, viața invizibilă prosperă sub pământ. Microorganismele situate în așa-numita biocrustă (milimetrii până la centimetrii de sus a solului deșertului) îmbogățesc solul cu carbon și azot și, de asemenea, ajută la prevenirea eroziunii solului și la reținerea apei. Dar acești microbi trăiesc într-un mediu provocator, confruntându-se cu perioade lungi de secetă cu ploi rare.

Până acum, nu era clar cum ar putea menține funcții importante ale ecosistemului în astfel de condiții. Folosind metode de ultimă generație în ecologia microbiană, echipa lui Dagmar Woebken a obținut informații despre viața microbiană din aceste soluri.

Bacteriile din solul deșertului suportă perioade lungi de secetă în stare de repaus, dar sunt reactivate ca răspuns. la evenimentele de ploaie, care sunt scurte și foarte rare. Cercetătorii au descoperit un fel de strategie de reactivare „all-in” în biocruste din deșertul Negev, Israel. Bacteriile profită la maximum de evenimentele de ploaie — în această fereastră îngustă de activitate, aproape toată diversitatea microbiană a solului (precum și celulele individuale) devin active.

„Când simulăm un eveniment de ploaie în laborator, observați că în primele 15 până la 30 de minute, aproape toate grupurile taxonomice au trecut de la un mod de repaus la unul activ”, explică Dimitri Meier, co-primul autor al studiului. „Aceasta este o caracteristică remarcabilă a bacteriilor din solul deșertului, deoarece în alte tipuri de sol multe grupuri de bacterii durează mult mai mult pentru a se reactiva”. Când sunt reactivate, bacteriile ar începe rapid să genereze energie și să-și repare genomul.

În studiu, cercetătorii au simulat evenimentele de ploaie cu apă marcată cu izotop stabil - apă care conține hidrogen greu. Folosind NanoSIMS, ei au examinat celule individuale pentru a vedea care dintre ele au încorporat atomii de hidrogen grei.

„Cu această abordare, putem dezvălui fracțiunea de celule de biocrust care se reactivează într-un eveniment de ploaie. De asemenea, putem deduce dacă pot crește în evenimente scurte de ploaie care în deșerturile aride durează adesea doar 1 până la 2 zile”, explică Stefanie Imminger, Ph.D. candidat și co-primul autor al studiului.

„Am descoperit că aproape toate celulele biocrustei se reactivează, dar că în aceste evenimente scurte de ploaie doar o mică parte din celule s-ar putea dubla”. O mare parte din celulele biocrustei pot folosi, prin urmare, evenimentele de ploaie pentru a se regenera și a se pregăti pentru următoarea secetă, dar diviziunea celulară nu are loc.

„Aceste date ne ajută să înțelegem modul în care bacteriile din biocrustă folosesc în mod optim pe scurt. Ferestrele de activitate pe care le experimentează în deșerturi sunt adaptate în mod ideal pentru a rezista la schimbările pe termen scurt ale conținutului de apă din sol, o situație foarte stresantă pentru celule

„În plus, comunitatea microbiană diversă este capabilă de reactivare imediată, ceea ce este de mare beneficiu atunci când trebuie să revină la o stare latentă în câteva ore sau zile”, spune Dagmar Woebken, cercetătorul principal al Studiul.

Descoperirile acestui studiu sunt relevante nu numai pentru zonele deșertice, ci și pentru alte regiuni. Capacitatea de a supraviețui limitării apei va deveni din ce în ce mai importantă pentru microorganismele solului din regiunile temperate, deoarece frecvența și intensitatea secetelor cresc din cauza schimbărilor climatice. Perspectivele obținute din cercetarea solului în deșert pot ajuta la înțelegerea caracteristicilor care fac ca microorganismele din sol să aibă succes în supraviețuirea acestor provocări.

(Fluierul)