Вчені вперше створили повну карту мікробіому цілої країни

Масштабна міжнародна команда дослідників під керівництвом Університету Ольборга за участю Віденського університету вперше системно картографувала мікробіом цілої країни.

Джерело: phys.org

Масштабна міжнародна команда дослідників під керівництвом Університету Ольборга за участю Віденського університету вперше системно картографувала мікробіом цілої країни.

У дослідженні Microflora Danica, опублікованому в журналі Nature, проаналізовано понад 10 000 зразків довкілля з усієї Данії — у середньому з інтервалом близько 4 квадратних кілометрів.

Результатом став атлас данських екологічних мікробіомів з безпрецедентною просторовою деталізацією та функціональною глибиною. Міхаель Вагнер, Даан Спет і Ендрю Гігер із Центру мікробіології та систем наук про довкілля Віденського університету відіграли ключову роль в аналізі нітрифікаторів — важливої групи мікроорганізмів у глобальному циклі азоту.

Фокус на нітрифікаторах: головні “гравці”, які досі не охарактеризовані

Нітрифікатори в ґрунтових мікробіомах визначають, як довго реактивний азот із добрив залишається доступним для рослин і коли він переходить у шкідливі форми, що потрапляють у воду або атмосферу.

Дослідження вперше показало їх розподіл по всій країні й дало несподіваний результат: дві надзвичайно поширені групи — TA-21 серед амоній-окиснювальних архей (AOA) та comammox-Nitrospira Clade B — не мають жодного культивованого представника.

Тобто ці домінуючі мікроорганізми досі неможливо досліджувати безпосередньо в лабораторії, хоча вони визначають роботу великих площ сільськогосподарських і природних ґрунтів. Дослідники також виявили поширені раніше невідомі групи нітрит-окиснювальних бактерій, які також ще не були культивовані.

Чому це важливо: добрива, водойми та закис азоту

Данія — високоаграрна країна: приблизно дві третини земель використовуються в сільському господарстві. Широке застосування азотних добрив означає, що великі обсяги реактивного азоту потрапляють у довкілля — з прямим впливом на підземні води, узбережжя та клімат.

У ґрунтах нітрифікатори визначають, яка частка азоту залишиться в системі, а яка — піде у водойми як нітрат або в атмосферу як закис азоту (N₂O).

Надмірне удобрення викликає цвітіння водоростей і «мертві зони» у морях, а N₂O — потужний парниковий газ, що також шкодить озоновому шару. Різні нітрифікатори виробляють різні обсяги N₂O та по-різному реагують на інгібітори нітрифікації, які додають до добрив у багатьох країнах.

«Розуміння того, які нітрифікатори присутні та наскільки вони поширені, відкриває великі можливості для більш точної, ефективної та стійкої аграрної практики», — наголошують віденські дослідники.

Антропогенний вплив видно у мікробному профілі

Дослідження також показує, що ступінь порушення середовища — наприклад, інтенсивне землеробство — чітко відображається в мікробних спільнотах. Порушені території характеризуються високим локальним різноманіттям, але водночас більшою одноманітністю на рівні країни.

Натомість природні середовища зберігають загально більшу різноманітність. Ці «мікробні відбитки» можуть у майбутньому використовуватися для оцінки успіху проєктів з відновлення екосистем.

Значення для Австрії

«Наші результати показують, що мікроорганізми — ключові рушії біогеохімічних процесів — дуже чутливі до змін землекористування та стану довкілля», — підкреслює автор дослідження Міхаель Вагнер, керівник FWF Cluster of Excellence Microbiomes drive Planetary Health.

Австрія стикається з тими самими проблемами, що й Данія: сільське господарство, надходження поживних речовин і захист водних ресурсів визначають екологічну політику двох країн. Данські дані можуть стати моделлю для аналогічних національних досліджень в Австрії — від оптимізації використання добрив до прогнозування викидів парникових газів із ґрунтів.

«Національний атлас мікробіому відкриває нові можливості поєднувати сільське господарство й охорону природи на основі даних», — зазначає дослідник з Відня.