Новое исследование, опубликованное в издании The Innovation, раскрывает микроструктуру и механизм расширения биологических почвенных корок (БПК), в которых преобладают цианобактерии. Используя микромасштабную рентгеновскую компьютерную томографию (микроКТ), исследователи под руководством профессора Чжан Юаньмина из Синьцзянского института экологии и географии (СИЭГ) Китайской академии наук визуализировали внутренние структурные изменения БПК с беспрецедентной детализацией.
Роль биологических почвенных корок в аридных регионах
Биологические почвенные корки играют важную роль в аридных регионах по всему миру, способствуя стабилизации почвы, круговороту питательных веществ и регулированию водного баланса. Цианобактерии являются основополагающими организмами в этих корках, используя свои трихомы и выделяемые внеклеточные полимерные вещества (ВПС) для связывания частиц почвы. Их способность перемещаться внутри почвенных слоёв тесно связана с формированием и расширением корок.
Механизмы расширения цианобактериальных БПК
Исследователи обнаружили, что Microcoleus vaginatus, типичный вид цианобактерий в БПК, создаёт микроскопические туннелеподобные структуры внутри корки с помощью выделяемых ВПС. Эти туннели ВПС соединяют трихомы M. vaginatus, расположенные примерно в 300 мкм под поверхностью, с поверхностью корки. При увлажнении Microcoleus vaginatus начинает мигрировать к поверхности в течение нескольких минут, перемещаясь в виде пучков трихом внутри этих туннелей ВПС. Это позволяет цианобактериям закреплять частицы почвы и процветать в аридных условиях.
Однако исследователи также выяснили, что в короткий период увлажнения существующего ВПС на поверхности БПК недостаточно для надёжного закрепления вновь отложившихся частиц почвы. Это, вероятно, связано с ограниченной площадью контакта между ВПС и частицами почвы, что приводит к слабой адгезии. После длительного периода увлажнения подвижные трихомы распространяются по всему слою почвы, связывая частицы почвы не только за счёт запутывания, но и за счёт вновь выделяемых ВПС.
Таким образом, расширение цианобактериальных БПК зависит от длительных периодов увлажнения, таких как недельное таяние снега и периодические часовые дожди. По сравнению с лишайниками и мхами, цианобактерии обеспечивают гораздо более быстрое формирование корок.
«Включение длительных периодов увлажнения в подходы к экологическому восстановлению на основе цианобактериальных корок может значительно ускорить формирование корок и стабилизацию почвы», — сказал Ли Тонг, первый автор исследования.
Это исследование проливает свет на то, как цианобактериальные БПК выживают в суровых условиях пустыни, и подчёркивает критическую роль цианобактерий в расширении биологических почвенных корок.
Предоставлено:
[Китайская академия наук](https://phys.org/partners/chinese-academy-of-sciences/)