Несколько распространенных бактерий отвечают за большую часть потребления углерода в почве

Лишь несколько таксонов бактерий, обнаруженных в экосистемах по всей планете, ответственны за более половины круговорота углерода в почвах. Эти новые выводы, сделанные исследователями из Университета Северной Аризоны и опубликованные на этой неделе в Nature Communications, позволяют предположить, что, несмотря на разнообразие микробных таксонов в диких почвах, собранных в четырех разных экосистемах, только от трех до шести групп бактерий, общих для этих экосистем, отвечали за большую часть потребления углерода.

Почва содержит в два раза больше углерода, чем вся растительность на Земле, поэтому прогнозирование того, как углерод запасается в почве и выделяется в виде CO₂, является критически важным расчетом для понимания будущей климатической динамики. Исследовательская группа, в которую вошли ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, Массачусетского университета в Амхерсте и Университета Западной Вирджинии, задается вопросом, как следует учитывать такие ключевые бактериальные процессы в моделях земных систем и климата.

«Мы обнаружили, что круговорот углерода действительно контролируется несколькими группами распространенных бактерий», — сказал Брэм Стоун, ведущий автор исследования. По его словам, хотя секвенирование показало невероятное разнообразие микробного мира, данные говорят о том, что когда дело доходит до важных функций, таких как почвенное дыхание, в почвенном сообществе может быть много избыточности. Именно несколько распространенных, многочисленных «акторов» вносят наибольший вклад.

Эти бактерии — Bradyrhizobium, Acidobacteria RB41 и Streptomyces — были лучше своих более редких собратьев в использовании как существующего почвенного углерода, так и добавленных в почву питательных веществ. При добавлении углерода и азота эти уже доминирующие линии бактерий укрепили свой контроль над питательными веществами, потребляя их больше и растя быстрее по сравнению с другими присутствующими таксонами. Хотя исследователи идентифицировали тысячи уникальных организмов и сотни различных родов, только шесть из них были необходимы, чтобы учесть более 50% потребления углерода, и лишь три были ответственны за более половины потребления углерода в почве с добавлением питательных веществ.

Используя воду, меченную специальными изотопами кислорода, команда Стоуна секвенировала ДНК из почвенных образцов, отслеживая, какие таксоны включили изотоп в свою ДНК, что является сигналом роста. Этот метод, называемый количественным стабильно-изотопным зондированием (qSIP), позволил отследить рост бактерий на уровне отдельных таксонов. Модель, учитывающая таксономическую специфичность, размер генома и рост, предсказала измеренное выделение CO₂ гораздо точнее, чем модели, смотревшие только на численность групп. Она также показала, что лишь несколько таксонов произвели большую часть наблюдаемого CO₂.

«Лучшее понимание вклада отдельных организмов в круговорот углерода важно для управления плодородием почв и снижения неопределенности в прогнозах изменения климата», — отметила соавтор работы Кирстен Хофмокел. Это исследование разделяет таксономическое и функциональное разнообразие почвенных микроорганизмов и предлагает по-новому взглянуть на биоразнообразие.

«Данные qSIP позволяют задавать более тонкие вопросы, — сказал Стоун. — Раньше мы характеризовали микробное сообщество по его доминирующей функции. Теперь мы можем видеть, кто движет этой более крупной картиной на уровне отдельных микробных „районов“. Таким образом, мы можем начать определять, какие почвенные организмы выполняют важные функции, такие как секвестрация углерода, и изучать их более пристально».