Спящие микробы способствуют биоразнообразию и стабильности экосистем

Способность микробов впадать в состояние покоя не только спасает их от гибели, но и может играть ключевую роль в поддержании биоразнообразия и стабильности экосистем.

В статье, опубликованной на этой неделе в Proceedings of National Academy of Sciences, Джей Леннон и Стюарт Джонс из Университета штата Мичиган описали, как с помощью математической модели и молекулярных методов они изучили влияние покоя на биоразнообразие природных микробных сообществ, в частности в озёрах.

Дремлющее состояние — это обратимое состояние низкой метаболической активности, в которое организм входит при столкновении со стрессовыми условиями, такими как голодание или низкие температуры. Эта стратегия распространена среди растений и животных, а также используется некоторыми микробами, включая бактерии, вызывающие сибирскую язву, туберкулёз и холеру. Новое исследование показывает, что покой важен не только для болезнетворных микробов.

«Микробы — самые многочисленные и разнообразные организмы на Земле; они выполняют важнейшие экосистемные услуги, такие как деградация загрязнителей, секвестрация углерода и различные процессы, влияющие на продуктивность растений», — сказал Джей Леннон.

Учёные недавно каталогизировали тысячи видов микробов в образцах почвы и океана. Это чрезвычайно высокое биоразнообразие может обеспечивать стабильность экосистемных процессов перед лицом изменений окружающей среды. Однако неясно, почему микробные сообщества настолько разнообразны. «Мы считаем, что состояние покоя — критический фактор, поддерживающий микробное разнообразие», — заявил Леннон.

Исследователи собрали образцы из озёр Мичигана и изучили две очень разные группы микробов — бактерии и эукариоты (в основном водоросли). Используя молекулярные данные и разработанные модели, они обнаружили, что «семенные банки» микробов — покоящиеся формы в озёрах — важны, но, по словам Леннона, «не все микробы одинаковы».

• Бактерии, по-видимому, больше полагаются на состояние покоя, чем эукариотические микробы. Столкнувшись с неблагоприятными условиями, бактерии могут просто «заснуть». У этой стратегии есть риски, но она окупается, если микроб «просыпается» до гибели и условия становятся благоприятными.
• Эукариоты (водоросли): подавляющее большинство водорослей и родственных видов были метаболически активны. В озёрах покой был менее важен для эукариотических микробов. Поскольку они крупнее бактерий, водоросли быстрее оседают на дно и могут не «проснуться» вовремя.

Эти различия могут быть важны для прогнозирования реакции популяций на нарушения и изменения окружающей среды.

Важным открытием стало то, что условия окружающей среды, по-видимому, определяют степень покоя микробов. Исследователи обнаружили, что покой был менее распространён в высокопродуктивных озёрах. Продуктивность озёр обычно контролируется концентрациями азота и фосфора, которые могут быть связаны с изменением климата и деятельностью человека.

Состояние покоя у микробов изучается более века, особенно в контексте болезней (например, туберкулёз может годами оставаться латентным в организме человека). Новое исследование показывает, что покой также важен для микробов в окружающей среде и может помочь понять, что регулирует огромное микробное разнообразие, обнаруживаемое практически во всех природных экосистемах.