Хотя обычно считается, что эволюция происходит в течение миллионов лет, ученые из Калифорнийского университета в Ирвине обнаружили, что бактерии способны развиваться в ответ на изменение климата всего за 18 месяцев

Почвенные микробиомы - скопление бактерий и других микробов в почве - являются важнейшим двигателем глобального углеродного цикла. Микробы разлагают мертвый растительный материал, возвращая питательные вещества обратно в экосистему и высвобождая углерод обратно в атмосферу.

На состав и функционирование почвенных микробиомов влияют многочисленные факторы окружающей среды, но эти реакции обычно изучаются с экологической точки зрения, задаваясь вопросом, какие виды микробов увеличиваются или уменьшаются в численности по мере изменения условий окружающей среды. В текущем исследовании команда ученых из Калифорнийского университета в Ирвине сосредоточилась на том, эволюционируют ли виды бактерий в почве при изменении окружающей среды.

«Мы знаем, что эволюция бактерий может происходить очень быстро, например, реакция на антибиотики, но мы не знаем, насколько важной может быть эволюция для бактерий в окружающей среде в условиях продолжающегося изменения климата», - сказал доктор Алекс Чейз, ведущий автор работы.

Некоторые присущие им характеристики должны позволить почвенным микробам быстро адаптироваться к новым климатическим условиям.

Микробы многочисленны и способны воспроизводиться всего за несколько часов, поэтому редкая генетическая мутация, позволяющая адаптироваться к новым климатическим условиям, может произойти случайно за короткий промежуток времени.

Однако большая часть знаний об эволюции бактерий получена в результате контролируемых лабораторных экспериментов, когда бактерии выращиваются в колбах с искусственной пищей. Было неясно, происходит ли эволюция в почвах достаточно быстро, чтобы соответствовать последствиям текущих темпов изменения климата.

«Текущие прогнозы о том, как изменение климата повлияет на микробиомы, основаны на предположении, что виды микробов статичны. Поэтому мы хотели проверить, могут ли бактерии быстро развиваться в естественных условиях, таких как почва», - пояснил д-р Чейз.

Ученые провели первый в истории эксперимент по бактериальной эволюции в этой области, используя почвенную бактерию под названием Curtobacterium.

Исследователи использовали 125 «микробных клеток», заполненных пищей из мертвого растительного материала. (Клетки позволяют транспортировать воду, но не допускают другие микробы.) Затем бактерий подвергали воздействию целого ряда климатических условий в течение 18 месяцев, измеряя как экологические, так и эволюционные реакции.

«Микробные клетки позволили нам контролировать типы присутствующих бактерий, одновременно подвергая их воздействию различных условий окружающей среды в разных местах. Так мы сумели проверить, например, как теплые и засушливые условия пустыни влияют на генетическое разнообразие единственный вид Curtobacterium», - сказал доктор Чейз.

Спустя 18 месяцев ученые секвенировали бактериальную ДНК из микробных клеток в экспериментах.

В первом эксперименте с разнообразным почвенным микробиомом изменилась численность различных видов Curtobacterium, что является ожидаемой экологической реакцией.

Во втором эксперименте за те же временные рамки генетическое разнообразие одной бактерии Curtobacterium изменилось, выявив эволюционный ответ на те же условия окружающей среды.

Авторы приходят к выводу: как экологические, так и эволюционные процессы могут влиять на то, как почвенный микробиом реагирует на изменение климатических условий.

«Исследование показывает, что мы можем наблюдать быструю эволюцию почвенных микробов, и это захватывающее достижение. Наша следующая цель - понять важность эволюционной адаптации почвенных экосистем в условиях будущего изменения климата», - сказала соавтор работы Дженнифер Мартини, профессор кафедры экологии и эволюционной биологии и соруководитель инициативы UCI Microbiome Initiative.

(Источник: www.eurekalert.org).