A talaj mikroorganizmusainak metabolikus túlélési stratégiái
A talaj mikroorganizmusainak olykor – a mérsékelt övi talajokban és sivatagokban – kíméletlen és változó körülményekkel kell szembenézniük. A talaj mikrobiális diverzitásának nagy része egy úgynevezett „mikrobiális magbankban” tárolódik. Itt a feltételezések szerint a többség egy adott időszakban nyugvó (dormans) állapotban van, a környezeti adottságok változásával pedig más-más tagok „kelnek életre”. Az Európai Kutatási Tanács által támogatott DormantMicrobes (Revealing the function of dormant soil microorganisms and the cues for their awakening) projekt céljai a következők: a talajban lévő dormans mikroorganizmusok nyugvó állapot fenntartására irányuló képességeinek feltárása a sivatagi talajkéregben és a mérsékelt égövi talajokban, valamint a „feléledésükhöz” vezető környezeti stimulusok vizsgálata. „A talajban lévő aktív és dormans sejtek közötti arányról korábban igencsak kevés információ állt rendelkezésre, nem beszélve a szélsőséges körülmények közötti túlélési stratégiákról” magyarázta Dagmar Woebken projektkoordinátor, Bécsi Egyetem.
A túlélési stratégiák széles köre
Woebken csapata a Negev-sivatag talajkérgében élő mikroorganizmusokat vizsgálta a következő két korszerű módszer alkalmazásával: NanoSIMS és a metagenomika. A vízhiány korlátozza a sivatagi talajkérgen belüli aktivitást, ezért a projekt keretében laboratóriumi körülmények között, eső utánzásával vizsgálták a mikrobiális reaktiválódást. „Heves eső” alkalmazásával stabil izotróp próbát végeztek – a víz hidrogén helyett a ritka deutérium izotópot tartalmazta. A markerként funkcionáló, deutériumot tartalmazó sejteket NanoSIMS alkalmazásával követték nyomon az egyes sejtek szintjén történő reaktiválódás időbeli alakulásának megfigyelése céljából. „Adataink bebizonyították, hogy a sejtek egy része valóban nyugvó állapotban marad, ami tulajdonképpen a közösség életbiztosításaként szolgál,” mondta Woebken. A nyugvó állapothoz és a feléledéshez szükséges potenciális gének és lehetséges útvonalak feltárásához metagenomikai megközelítés alkalmazására is sor került a talajkéregben lakó mikroorganizmusok DNS és mRNS szekvenálása céljából. „Teljes genomokat építettünk fel, korábban ismeretlen talaj-mikroorganizmusok széles körére bukkantunk. Ezek az adatok számos különféle stratégiát is feltártak, amelyeket a mikroorganizmusok a kedvezőtlen körülmények közötti túlélésre alkalmaznak,” tette hozzá Woebken. A túlélési mechanizmusok között szerepelt például az „ínség-bőség” („feast and famine”) stratégia, amikor a mikroorganizmusok úgy reagálnak a hirtelen rendelkezésre álló vízre, hogy a szerves tápanyagokat energiaforrásként használják fel vagy nyugalmi állapotot hoznak létre. Sőt – a DNS-t és a fehérjéket egyébként rongáló – reaktív oxigén előállítása csökkenthető. A sejtek olyan enzimeket tartalmaznak, amelyek védik vagy helyreállítják ezeket a fontos sejtkomponenseket. Egy különösen érdekes stratégia a hidrogénhez hasonló légköri gázok összegyűjtésével történő energiatermelés. A csapat e ténymegállapítások kiterjesztésével a mérsékelt égövi talajok esetében is megállapította a légköri gázok feldolgozását és azonosított néhány olyan új, mindenütt jelenlévő taxont, amely éppen ezt a potenciált bizonyítja. „Ezt a metabolikus képességet az acidobaktériumok elnevezésű, felettébb sikeres talaj-mikroorganizmusokban fedeztük fel,” mondta Woebken. „E képesség széles körben, más talaj-mikroorganizmusokban is előfordul teljesen más talajadottságok és stresszorok mellett – ez is jelzi a túlélési stratégiák közötti domináns szerepét.” A kutatók erőfeszítéseiket jelenleg ennek vizsgálatára összpontosítják. Megállapításaik lehetővé teszik annak meghatározását is, hogy a kevésbé szikes talajokban élő mikroorganizmusok is képesek lesznek-e sivatagi rokonaikhoz hasonlóan ellenállni a szárazságnak.
A biodiverzitás biztosítása
Az aszályok és az elsivatagosodás általánossá válása csupán kettő az emberek okozta éghajlatváltozás által a Föld számos ökoszisztémájára gyakorolt hatás ismertetőjelei közül. „Ha jobban megértjük azokat a mechanizmusokat, amelyeket a mikroorganizmusok a vízhiány túlélésére, illetve a víz hirtelen megjelenésekor történő gyors reaktiválódásra fejlesztettek ki, jobban megérthetjük és értékelhetjük azt is, hogy hogyan képes fennmaradni a biodiverzitás ezekben az ökoszisztémákban. Ez a tudás pedig segítheti az éghajlatváltozás mérséklésére irányuló jövőbeni erőfeszítéseket,” állapította meg Woebken.
Keywords
DormantMicrobes, talaj, mikroorganizmusok, légköri gázok, mérsékelt övi, szikes, hidrogén, dormans sejtek, sivatag, izotóp, deutérium, túlélési stratégiák
