Редкие виды бактерий в микробном сообществе - виды, каждый из которых редко составляет более одной десятой процента от всего населения, - играют очень важную роль в здоровье и стабильности экосистемы. Исследование опубликовано 3 марта в Applied and Environmental Microbiology, журнале Американского общества микробиологии.
«Работа направлена на то, чтобы обеспечить фундаментальное понимание того, как биоразнообразие способствует функционированию экосистемы», - сказал соответствующий автор Костас Константинидис, доктор философии.
Несмотря на небольшую популяцию каждого редкого вида в микробном сообществе, количество таких видов внутри сообщества может достигать нескольких сотен, так что так называемая «редкая биосфера» может составлять примерно 20-30 процентов отдельные бактерии в водном сообществе.
Как показали авторы в исследовании, огромное количество редких видов привело к тому, что редкая биосфера содержит большой резервуар генов, которые могут разлагать важные органические загрязнители и которые могут помочь всему микробному сообществу сохранять стабильность перед лицом меняющихся условий, возможно, включая изменение климата.
Чтобы исследовать этот вопрос, авторы, группа из Технологического института Джорджии, Атланта, установили "мезокосмы" - внутренние экспериментальные системы, каждая из которых содержала 20 литров воды. Они заразили их образцами воды из близлежащего пресноводного озера Ланье.
Константинидис сказал, что затем они ввели три часто используемых органических химиката в мезокосм. По замыслу эти химические вещества не присутствовали в мезокосме во время отбора проб, сказал Константинидис, адъюнкт-профессор Карлтона С. Уайлдера в Школе гражданской и экологической инженерии в Технологическом институте Джорджии. Причина этого в том, что соединения, которые распространены в озере, обычно метаболизируются многочисленными членами микробного сообщества, и поэтому не могли бы пролить свет на редкую биосферу. «Кроме того, важные загрязнители окружающей среды, как правило, находятся в низкой концентрации в большинстве природных сред, подобно органическим соединениям, используемым здесь, за исключением крупных событий, таких как разливы нефти», - сказал Константинидис. (изображение: комнатный мезокосм в теплице. Wikimedia Commons)
Исследуемые соединения включали 2,4-дихлорфеноксиуксусную кислоту (2, 4-D), широко используемый гербицид, который является эндокринным разрушителем и «возможным канцерогеном для человека», по данным Международного агентства по изучению рака (МАИР); кофеин (1,3,7-триметилуровая кислота); и 4-нитрофенол (4-NP), предшественник нескольких фунгицидов и продукт разложения пестицидов.
«Мы выбрали эти соединения, потому что известны пути их биодеградации и лежащие в их основе гены, что облегчило отслеживание того, какие микробные популяции кодируют белки для биодеградации этих органических соединений», - сказал Константинидис.
Затем исследователи неоднократно брали пробы мезокосма, чтобы определить, какие виды бактерий размножились или истощились в ответ на химические вещества. «Результаты позволили нам тщательно проверить гипотезу о том, что виды с низкой численностью, в отличие от обычных видов, обеспечивают метаболическое разнообразие, которое позволяет сообществу реагировать на добавленные соединения и изменяющиеся условия», - сказал Константинидис.
По словам Константинидиса, мотивация исследования заключалась в том, чтобы лучше предсказать, как микробные сообщества будут реагировать на будущие возмущения, такие как пестициды, разливы нефти и даже изменение климата. Вопросы, на которые он может помочь ответить, включают вопрос о том, насколько ценным является микробное разнообразие для функционирования экосистемы, в том числе для поддержания устойчивости к антропогенному загрязнению. Результаты этого и будущих исследований могут также помочь в прогнозировании последствий утраты биоразнообразия, например, в результате массовых разливов загрязняющих веществ или изменения климата..