Результаты представлены на обложке журнала Science от 28 июня.Международная исследовательская группа под руководством Феррана Гарсиа-Пичеля, микробиолога и профессора Школы наук о жизни АГУ, провела исследования микробных сообществ, обитающих в почвенных корках, в континентальном масштабе.
Ученые собрали образцы корок от Орегона до Нью-Мексико и от Юты до Калифорнии и изучили их, секвенировав их микробную ДНК.В то время как тысячи видов микробов обитают всего в одном кусочке корки, две цианобактерии — бактерии, способные к фотосинтезу, — оказались наиболее распространенными.
Без цианобактерий другие микробы в коре не могли бы существовать, поскольку все остальные виды зависят от них в получении пищи и энергии.«Мы хотели знать, какие микробы находятся в земной коре и отображают ли они географические закономерности распространения в континентальном масштабе», — сказал Гарсия-Пичел, также декан естественных наук Колледжа свободных искусств и наук АГУ. «К нашему удивлению, когда мы думали, что одна цианобактерия будет доминировать, мы обнаружили, что две аккуратно разделили территорию между собой. Раньше мы думали, что одна, называемая Microcoleus vaginatus, была самой важной и доминирующей, но теперь мы знаем, что Microcoleus steenstrupii, другой, не менее важен, особенно в более теплом климате », — добавил он.
Хотя они очень похожи друг на друга, M. vaginatus и M. steenstrupii даже не имеют близкого родства. В ходе эволюции они стали похожи друг на друга, потому что их форма и поведение помогают им стабилизировать почву и образовывать почвенные корки.Корки имеют решающее значение для экологического здоровья засушливых земель, поскольку они защищают почву от эрозии и способствуют плодородию земель, фиксируя углерод и азот в почве и извлекая другие питательные вещества из захваченной пыли.
Температура влияет на микробные сообщества. После рассмотрения данных о типах и химическом составе почвы, осадках, климате и температуре исследователи использовали математическую модель, которая показала, что температура лучше всего объясняет географическое разделение двух микробов.
В то время как оба они встречаются на всей территории исследования, M. vaginatus преобладает в корках в более прохладных пустынях, а M. steenstrupii более распространен в южных пустынях.«Но это была просто корреляция», — объяснил Гарсия-Пичел. «Чтобы доказать роль температуры, мы протестировали культивируемые формы микробов и подтвердили, что она действительно имеет значение — температура — это то, что разделяет их.
Дело в том, что температура больше не стабильна из-за глобального потепления».На юго-западе США, где проводилось исследование, климатические модели предсказывают примерно один градус потепления за десятилетие.
Изменения не за горами "Используя наши данные с текущими климатическими моделями, мы можем предсказать, что через 50 лет цианобактерии, которые будут лучше себя чувствовать при более высоких температурах, вытеснят с нашей карты холодолюбивых. M. steenstrupii может полностью доминировать над корками. "К сожалению, мы мало что знаем об этом микробе или о том, что произойдет с экосистемой в отсутствие M. vaginatus", — добавил Гарсия-Пичел.
Если распределение микробов действительно изменится из-за повышения температуры, ученые не знают, какое влияние это окажет на плодородие почвы и эрозию.Этим микробам сотни миллионов лет, и их можно найти во многих местах по всему миру.
Независимо от того, где в мире встречаются особи M. vaginatus, они очень близки и практически неотличимы генетически. Напротив, индивидуальная изменчивость в пределах M. steenstrupii больше, и этот более генетически разнообразный вид считается намного старше с точки зрения эволюции.Гарсия-Пичель считает, что характер температурной сегрегации, обнаруженный в США, вероятно, будет аналогичным во всем мире, и что M. vaginatus будет нелегко развиваться достаточно быстро, чтобы выдерживать более высокие температуры.
Команда призывает исследователей климата включить изучение микробов при рассмотрении вопроса о глобальном потеплении.«Наше исследование имеет отношение не только к экологии пустынь. Оно демонстрирует, что на распространение микробов и разделение их среды обитания могут повлиять глобальные изменения, то, что мы давно знаем о растениях и животных. Это исследование ясно показывает нам, что мы больше не можем игнорировать микробы. в наших соображениях ", — добавил Гарсия-Пичель.
В состав исследовательской группы АГУ входят аспирант Школы естественных наук Евгений Марусенко и научный сотрудник АГУ Рут Потрафка. Профессор Пилар Матео и аспирант Вирджиния Лоза, оба из Мадридского автономного университета, внесли свой вклад в проект в качестве приглашенных ученых.
Исследовательский проект финансируется за счет гранта Национального научного фонда.