Skip to main content

Article Category

Article available in the folowing languages:

A talaj mikroorganizmusainak metabolikus túlélési stratégiái

Élelem, víz és menedék – ezek a prioritások, ha az emberek túlélése forog kockán. A DormantMicrobes projekt keretében feltárták, hogy a mikroorganizmusok is ehhez hasonlóan alkalmazkodnak, ha a túlélés a tét: energiát (táplálékot) termelnek, megerősítik sejtjeiket a védekezéshez (menedék) és képesek hasznosítani a hirtelen, impulzusszerűen rendelkezésre álló, korlátozott vízkészletet.

Food and Natural Resources

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

Discover other articles in the same domain of application