Микробы повышают устойчивость богатых углеродом торфяников к потеплению
Микроорганизмы могут дать надежду на то, что торфяники способны выдерживать более высокие температуры в меняющемся климате, согласно исследованию, недавно опубликованному в журнале New Phytologist.
Ученые из Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США обнаружили, что определенные бактерии повышают климатическую устойчивость сфагнового мха — крошечного растения, ответственного за хранение трети мирового почвенного углерода в торфяных болотах. Термостойкие микробы передают эту защиту растениям, помогая им выживать при потеплении климата.
Более глубокое понимание механизмов взаимовыгодного партнерства, или симбиоза, между мхом и микробами может указать новые пути для поддержания здоровья мха и сохранения этих жизненно важных экосистем торфяников, которые секвестрируют так много углерода.
«Возможно, все не так мрачно, как мы думаем», — сказал Дэвид Уэстон из ORNL, ведущий автор исследования. «Может быть, организмы более устойчивы, чем мы знаем, к этим экстремальным климатическим условиям. Мы видим, что можно кардинально повлиять на способность организма справляться со стрессовыми условиями, просто воздействуя на его ассоциированный микробиом».
Исследовательская группа обнаружила, что более высокие температуры меняют состав микробных сообществ, или микробиомов, живущих в сфагновом мхе. Это изменение в составе сообщества заставляет сфагнум активировать определенные гены, запуская выработку гормонов и белков, которые, как известно, обеспечивают устойчивость к стрессу.
Команда продемонстрировала, что термостойкие микробы, внесенные в лабораторный мох, выращенный без собственного микробиома, вызывают тот же защитный ответ и позволяют мху лучше переживать волны жары.
Результаты вселяют проблеск надежды для мха и его функции по секвестрации углерода по мере роста температур. Предыдущие результаты исследований ORNL показали, что участки нагретого торфяного болота в рамках масштабного эксперимента по манипуляции экосистемой превратились из аккумуляторов углерода в его эмитентов всего за три года, выделяя в атмосферу диоксид углерода и метан.
Чтобы ответить на вопрос, могут ли микробы передавать желаемые характеристики мху, исследовательская группа отобрала образцы микробов с экспериментальной площадки SPRUCE (Spruce and Peatland Responses Under Changing Environments) на севере Миннесоты. SPRUCE — это уникальная площадка с большими камерами, где участки торфяника нагреваются до пяти различных температур и подвергаются воздействию повышенного уровня CO₂.
Исследователи показали, что микробы из более теплых камер, адаптированные к высоким температурам, могут передавать эту термостойкость мху. Они извлекли микробы из мхов в камере с фоновой температурой и из самой теплой камеры SPRUCE (примерно на 16 °F горячее) и перенесли их на мхи, выращенные в лаборатории без собственного микробиома.
В лабораторных условиях микробиом, взятый из более теплой камеры, обеспечил значительную термоустойчивость мхам при моделировании тепловых волн. Ученые зафиксировали аналогичные изменения в генах и белках, а также увеличение роста мха, получившего термостойкий микробиом, даже без теплового шока. Это указывает на то, что микробы обеспечили мху некоторую защитную предварительную адаптацию.
Цианобактерии являются ключевыми членами микробиома мха. Исследователи обнаружили, что мох снабжает цианобактерии богатыми серой соединениями и необычной формой сахара — трегалозой, которая остается стабильной в кислой среде. Команда также продемонстрировала, что кислотность (низкий pH) торфяного болота необходима для симбиоза мох-микроб. Без кислой среды цианобактерии не взаимодействуют со мхом и направляют свои запасы азота на собственный рост.
«Это отвечает на давний экологический вопрос о низинных болотах (фенах) и верховых болотах (богах)», — отметил Уэстон. «Фены — это водно-болотные угодья с более высоким pH, и цианобактерии фиксируют много азота в этих экосистемах. Но во фенах вы видите очень мало мха».
Это открытие также указывает на потенциальный путь для мониторинга и управления торфяниками в будущем, чтобы поддерживать кислую среду, благоприятствующую симбиозу. Это партнерство сохраняет здоровье мха и позволяет ему выполнять критически важную функцию по улавливанию углерода из атмосферы и его захоронению во влажных глубинах болота.