Новое исследование, опубликованное в The Innovation, раскрыло микроструктуру и механизм расширения биологических почвенных корок (biological soil crusts, BSC), в которых доминируют цианобактерии.
Используя микромасштабную рентгеновскую компьютерную томографию (X-ray microCT), исследователи под руководством профессора Чжан Юаньмина из Синьцзянского института экологии и географии (XIEG) Китайской академии наук визуализировали внутренние структурные реакции BSC, в которых доминируют цианобактерии, в беспрецедентных деталях.
Биологические почвенные корки необходимы в засушливых регионах по всему миру, играя ключевые роли в стабилизации почвы, круговороте питательных веществ и регулировании воды.
Цианобактерии являются основными организмами в этих корках, используя свои трихомы и секретируемые внеклеточные полимерные вещества (extracellular polymeric substances, EPS) для связывания частиц почвы. Их способность перемещаться в слоях почвы тесно связана с образованием и расширением корки.
Исследователи обнаружили, что Microcoleus vaginatus, типичный вид цианобактерий в BSC, создает микроскопические туннелеподобные структуры внутри корки, используя секретируемый EPS. Эти туннели EPS соединяют трихомы M. vaginatus, расположенные примерно на 300 мкм ниже поверхности, с поверхностью корки.
После намокания Microcoleus vaginatus начинает мигрировать к поверхности в течение нескольких минут, двигаясь в виде пучков трихом внутри этих туннелей EPS. Это позволяет цианобактериям закреплять частицы почвы и процветать в засушливых условиях.
Однако исследователи также обнаружили, что за короткий период увлажнения существующий EPS на поверхности BSC недостаточен для прочной фиксации вновь отложенных частиц почвы. Вероятно, это связано с ограниченной площадью контакта между EPS и частицами почвы, что приводит к слабой адгезии. После длительного периода увлажнения подвижные трихомы распространяются по всему слою почвы, связывая частицы почвы не только посредством переплетения, но и посредством вновь секретируемого EPS.
Таким образом, расширение почвенных корок, где доминируют цианобактерии, зависит от длительных периодов увлажнения, например, во время недельного таяния снега и случайных часовых дождей. Важно, что по сравнению с лишайниками и мхами, цианобактерии обеспечивают гораздо более быстрое развитие корки.
Источник: The Innovation (2025). DOI: 10.1016/j.xinn.2025.100947
«Включение длительных периодов увлажнения в подходы к экологическому восстановлению на основе цианобактериальной корки может значительно ускорить развитие такого почвенного покрытия и стабилизацию почвы», - сказал Ли Тонг, первый автор исследования.
Это исследование проливает свет на то, как биологические почвенные корки, в которых доминируют цианобактерии, выживают в суровых условиях пустыни, и подчеркивает важную роль цианобактерий в расширении этого вида биозащиты опустыненных почв.
Источник: Chinese Academy of Sciences. Автор: Чжан Наньнань. DOI: 10.1016/j.xinn.2025.100947
На заглавном фото - рентгеновская микроКТ для биологических почвенных корок с преобладанием цианобактерий. Желтый: песок; Синий: внеклеточные полимерные вещества; Серый: поры, заполненные газом; Зеленый: трихомы.
