Microbiomul solului, „pielea vie” a Pământului, amenințat de schimbările climatice

Folosind o metodă nouă pentru a detecta activitatea microbiană în crustele biologice ale solului, saubiocruste, după ce acestea sunt umezite, o echipă de cercetare condusă de Universitatea Penn State (SUA) a descoperit într-un nou studiu indicii ce vor duce la o mai bună înțelegere a rolului pe care îl are microbiomul solului în formarea unei „piei vii” peste multe ecosisteme semiaride din întreaga lume. Organismele minuscule și microbiota pe care acestea o creează sunt amenințate de schimbările climatice.

Cercetătorii și-au publicat concluziile în Frontiers of Microbiology.

„Biocrustele acoperă în prezent aproximativ 12% din suprafața terestră și ne așteptăm să scadă cu aproximativ 25%-40% în 65 de ani din cauza schimbărilor climatice și a intensificării utilizării terenurilor. Sperăm că această lucrare poate deschide calea către înțelegerea funcțiilor microbiene care susțin rezistența biocrustei la modelele climatice care se schimbă rapid și la secetele mai frecvente”, a declarat coordonatorul echipei, Estelle Couradeau, de la Penn State.

Ce rol are microbiomul solului în ecosisteme?

Crustele biologice de sol sunt ansambluri de organisme care formează un strat de suprafață peren, bine organizat în sol. Sunt răspândite, apar pe toate continentele, oriunde lipsa de apă limitează creșterea plantelor comune, permițându-i luminii să ajungă în solul gol.

Dar există încă suficientă apă pentru a susține creșterea microorganismelor care efectuează servicii ecosistemice valoroase, cum ar fi preluarea carbonului și azotului din aer și fixarea acestora în sol, reciclarea nutrienților și menținerea particulelor de sol la un loc, ceea ce ajută la prevenirea prafului.

Această funcție de stabilizare a solului (care reduce eroziunea, oferind mijloace pentru ca solul să se aglomereze și să nu se descompună în praf) este extrem de importantă, potrivit lui Couradeau. Grupul ei de cercetare, acum la Colegiul de Științe Agricole din cadrul Penn State, a studiat intens biocruste timp de un deceniu.

„Majoritatea prafului este generată în zonele uscate, iar studiile sugerează că prezența biocrustelor în zonele uscate reduce foarte mult cantitatea de praf care, altfel, ar ajunge în atmosferă. Credem că pierderea biocrustelor ar determina o creștere cu 5%-15% a emisiilor și a depunerilor globale de praf, ceea ce ar afecta clima, mediul și sănătatea umană”, a spus ea, potrivit Eurek Alert.

În regiunile semiaride în care există biocruste, microbiomul solului (mușchi minusculi, licheni, alge verzi, cianobacterii, alte bacterii și ciuperci) poate experimenta doar câteva evenimente de ploaie sau zăpadă pe an, a explicat Ryan Trexler, care a condus cercetarea.

Ciclicitatea microbilor

„Când solul este uscat, în cea mai mare parte, microbii sunt latenți, nu fac mare lucru. Dar de îndată ce simt apa, sunt resuscitați foarte repede, în câteva secunde sau minute. Și produc în mod activ clorofilă și fixează carbonul și azotul până când solul se usucă din nou; și apoi microbii devin din nou latenți. Ei trec prin cicluri de activitate de fiecare dată când plouă”, a spus el.

Pentru a studia biocrustele, cercetătorii au luat mostre din trei parcele de biocruste netulburate, dominate de cianobacterii, situate pe Platoul Colorado, lângă Moab, Utah. Probele de biocruste au fost prelevate toamna, după ce ploaia a umezit solul suficient pentru a activa microbii. Probele au fost ulterior uscate și depozitate la întuneric și apoi udate din nou mult mai târziu în cercetare.

„Am testat ceea ce numim „un deșert rece”, pentru că este foarte arid, dar iarna ninge uneori. Deci nu este la fel de cald ca multe alte locuri aride, dar plantele nu pot prospera acolo pentru că nu este suficientă apă. Și astfel, singura comunitate pe care o găsim acolo este microbiomul solului”, a spus Trexler.

Microbiomul solului, cercetat folosind noi metode

Pentru a determina ce microorganisme sunt active în comunitățile de sol, cercetătorii au combinat etichetarea bioortogonală a aminoacizilor necanonici, cunoscută sub numele de BONCAT, cu sortarea celulelor activată de fluorescență. BONCAT este un instrument puternic pentru urmărirea sintezei proteinelor la nivelul celulelor individuale din comunități și organisme întregi, în timp ce sortarea celulelor activată de fluorescență sortează celulele în funcție de producerea de noi proteine.

Cercetătorii au combinat aceste procese cu secvențierea metagenomică, ceea ce le-a permis să eșantioneze complet toate genele din toate organismele prezente în probele de biocrustă. Ei au aplicat această metodă pentru a profila diversitatea și potențialele capabilități funcționale ale microorganismelor active și inactive dintr-o comunitate de biocrustă după ce au fost resuscitate de un eveniment de ploaie simulat. Cercetătorii au descoperit că abordarea lor nouă poate discerne microorganismele active și inactive din biocrustele umede.

Componentele active și inactive ale comunităților din biocruste au diferit în bogăția și compoziția speciilor atât la patru ore, cât și la 21 de ore după evenimentul de umezire, au raportat cercetătorii.

Vă recomandăm să citiți și:

Test de cultură generală. De ce au păianjenii 8 picioare?

Unul dintre cei mai activi vulcani din lume eliberează inele din gaz

Cum ajută NASA la depistarea „bolilor” strugurilor?

Test de cultură generală. Ce continent se află în toate cele patru emisfere?