Новый инструмент раскрывает роль происхождения в почвенных сообществах бактерий

Связь между эволюционной линией и поведением вдохновляет исследования во всём спектре жизни. Для растений и животных генетически близкие родственники обычно действуют сходным образом. Например, зяблики питаются семенами, а ласточки — насекомыми. Однако для бактерий этот вопрос остаётся предметом дискуссий.

Предсказывает ли эволюционная история, как ведут себя и функционируют разные типы бактерий? Или, наоборот, неродственные бактерии обычно дублируют функции друг друга, обеспечивая одни и те же экосистемные услуги — концепция, известная как функциональная избыточность? Ответ определяет, сколько может быть потеряно, если штаммы бактерий исчезнут из почвенного сообщества.

Исследователи из Центра экосистемных наук и общества (Ecoss) Университета Северной Аризоны под руководством постдока Эмбер Моррисси (ныне доцента экологической микробиологии в Университете Западной Вирджинии) детально изучили различия в активности бактерий в интактных почвенных сообществах, используя новый инструмент.

Количественное зондирование со стабильными изотопами (qSIP) — это усовершенствование существующих качественных методов, поскольку оно измеряет не просто наличие или отсутствие определённых типов бактериальной активности в почве, а скорость этой активности. Затем скорость активности можно связать с ДНК конкретного бактериального штамма, чтобы искать закономерности поведения в гораздо более мелком масштабе.

«Используя этот новый подход, — сказала Моррисси, — мы теперь можем ответить на многие вопросы об экологии микроорганизмов и их роли в определении функционирования экосистем, которые ранее были недоступны».

Исследование финансировалось грантом в размере 1,4 миллиона долларов от Программы геномных наук Министерства энергетики США. Результаты недавно опубликованы в журнале ISME Journal.

Методология:

• Исследователи инкубировали образцы почвы из интактного соснового леса Пондероса в Северной Аризоне с водой и глюкозой, уникально меченными стабильными изотопами.
• Вода содержала более тяжёлую форму (изотоп) кислорода (₁₈O), а глюкоза — более тяжёлую форму углерода (₁₃C).
• Количество изотопа, использованного разными типами бактерий и измеренное с помощью qSIP, действует как «счётчик», показывающий, насколько быстро растут бактерии и сколько углерода они используют.

Результаты:

• Бактерии, имеющие более близкую эволюционную историю, демонстрировали схожие темпы роста популяции и использования углерода.
• Бактерии, более отдалённые по происхождению, различались в этих типах поведения.

Поскольку темпы роста и усвоения углерода разными типами бактерий влияют на функционирование экосистемы, это говорит о том, что разные типы бактерий не всегда могут заменять вклад друг друга в важные процессы.

Вывод: Эволюционная история (филогения) действительно играет роль в активности бактерий в интактных почвенных сообществах. Связывание бактериальных линий с конкретными типами активности в почве предлагает новый способ понять, как конкретный состав бактерий в почве влияет на функционирование экосистемы.