Новая модель может указать путь к прогнозированию микробиома в океане
Ученые из Университета Британской Колумбии разработали новую математическую модель, которая интегрирует данные о состоянии окружающей среды и молекулярные последовательности. Это позволяет лучше объяснить, как микробные сети управляют круговоротом питательных веществ и энергии в морских экосистемах.
Эта работа может значительно улучшить способность исследователей и политиков прогнозировать реакцию мировых морских микробных сообществ (микробиома) на изменение климата, а также последующие последствия для рыболовства, биоразнообразия, климата и других сфер. Модель и связанные с ней симуляции были опубликованы на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Капля морской воды может содержать миллионы одноклеточных микробов, которые в совокупности формируют основу для циклов питательных веществ и энергии в океане», — поясняет микробный эколог UBC Стивен Холлам. Понимание того, как микробные процессы влияют на эти циклы, крайне важно в эпоху изменения климата. Наша модель обеспечивает качественный скачок в точности прогнозов микробных процессов с учетом их потенциальной обратной связи на изменение климата и здоровье экосистем».
Исследователи UBC совместно с коллегами из США и Германии разработали прогностическую модель, описывающую динамику мульти-омиксных данных (ДНК, РНК и белков) и скорости процессов вдоль градиентов питательных веществ и энергии в заливе Саанич в Британской Колумбии. Этот залив является удобной модельной экосистемой для изучения реакции микробных сообществ на изменение климата, особенно воздействия зон кислородного минимума, которые расширяются из-за потепления и являются очагами потери питательных веществ и производства парниковых газов.
«Сосредоточившись на конкретных генах и метаболических путях, а не на отдельных группах микробов, мы определили, что гены демонстрируют биохимическую активность, динамику роста и расселения, напоминающую целые самовоспроизводящиеся организмы, которые взаимодействуют, питаясь метаболическими отходами друг друга», — говорит математик UBC Стилианос Лука. Это выявило особенно важное метаболическое взаимодействие, управляющее преобразованием токсичного сульфида и превращением нитрита и аммиака в газообразный азот, что в совокупности может сильно влиять на доступность питательных веществ в океане».