Ученые выяснили сроки эволюции почвенных бактерий при изменением климата
Эволюция почвенных бактерий может проходить достаточно быстро, чтобы они могли приспособиться к глобальному потеплению, выяснили биологи из Калифорнийского университета в Ирвайне, сообщает пресс-служба университета 28 апреля на официальном сайте.
Микроорганизмы, живущие в почве, являются важнейшим звеном в глобальном углеродном цикле. Они разлагают мертвый растительный материал, возвращая питательные вещества обратно в экосистему и выделяя углерод обратно в атмосферу. Команда ученых изучала, как почвенные бактерии эволюционируют при изменении окружающей среды.
«Мы знаем, что эволюция бактерий может происходить очень быстро в случае реакции на антибиотики, но мы не знаем, насколько важна эволюция для бактерий в окружающей среде в условиях продолжающегося изменения климата», — пояснил ведущий автор исследования, бывший аспирант университета Алекс Чейз.
Поскольку микробы могут воспроизводиться в течение нескольких часов, редкие мутации, позволяющие адаптироваться к изменяющимся условиям, могут произойти случайным образом за короткий промежуток времени. Эволюция бактерия до сих пор изучалась в лабораторных экспериментах на искусственной пище, и было неясно, происходит ли эволюция в естественной среде достаточно быстро, чтобы бактерии могли приспособиться к текущему изменению климата.
Чтобы измерить эволюцию в естественной среде, исследователи провели первый в истории эксперимент по бактериальной эволюции в этой области, используя почвенную бактерию рода Curtobacterium. Использовались 125 «микробных клеток», заполненных естественной пищей бактерий — мертвым растительным материалом. Каждая клетка пропускала внутрь воду, но не пропускала другие микроорганизмы.
Находящиеся в клетке бактерии подвергались воздействию целого ряда климатических условий. Параллельно в течение 18 месяцев проводились два эксперимента, в которых измерялись численное соотношение различных видов бактерий и эволюционная реакция одного вида.
«Микробные клетки позволили нам контролировать типы присутствующих бактерий, одновременно подвергая их воздействию различных условий окружающей среды в разных местах. Затем мы сумели проверить, например, как теплые и засушливые условия пустыни влияют на генетическое разнообразие единственного вида Curtobacterium», — сказал доктор Чейз.
Через 18 месяцев ученые секвенировали бактериальную ДНК из «микробных клеток» в экспериментах. В первом эксперименте с разнообразным почвенным микробиомом изменилась численность различных видов Curtobacterium, что является ожидаемой экологической реакцией. Во втором эксперименте за те же временные рамки генетическое разнообразие одного вида Curtobacterium изменилось, показав эволюционный ответ на те же условия окружающей среды.
Авторы сделали вывод, что почвенный микробиом реагирует на изменение климатических условий как экологическим, так и эволюционным процессами.
«Исследование показывает, что мы можем наблюдать быструю эволюцию почвенных микробов, и это потрясающее достижение. Наша следующая цель — понять важность эволюционной адаптации почвенных экосистем к будущим изменениям климата», — сказала профессор кафедры экологии и эволюционной биологии Дженнифер Мартини.
