Микробная сукцессия и восстановление после пожаров

Влияние лесных пожаров на почву

Лесной пожар сметает всё на своём пути. Он кардинально меняет почвенную среду, вызывая экстремальные температуры, снижение влажности, скачки pH, высвобождение неорганического азота, резкое сокращение органических веществ и нарушение циклов питательных веществ.

Исследования микробной жизни после пожаров

Исследователи изучили, как дым от лесных пожаров может переносить микробы через атмосферу, но что насчёт микробной жизни, которая сохраняется под обугленной поверхностью — микробы, адаптированные к экстремальным условиям на последовательных стадиях восстановления почвы?

Пирогенное органическое вещество и начало экологической сукцессии

Когда растительные и почвенные органические вещества частично сгорают во время лесных пожаров, остаётся пирогенное органическое вещество — стабильная форма углерода, иногда известная как чёрный углерод или уголь. Это знаменует начало экологической сукцессии — медленного, сложного процесса, в ходе которого экосистемы восстанавливаются и перестраиваются.

Адаптивные стратегии пирофильных микробов

Изучение адаптивных стратегий и взаимодействий пирофильных микробов — тех, кто избирательно обогащается после лесных пожаров благодаря своей метаболической изобретательности — может показать, как эти организмы способствуют устойчивости экосистем и восстановлению почвы. Понимание такой динамики на разных стадиях сукцессии может помочь разработать целенаправленные стратегии восстановления пострадавших от пожаров территорий.

Фаза пионерского развития

Фаза пионерского развития, или начальный этап экологической сукцессии, начинается, когда микробная жизнь начинает восстанавливаться в сожжённой почвенной среде. На ранних этапах сукцессии быстрорастущие микробные виды, адаптированные к суровым условиям, созданным огнём, находят возможность для процветания.

Роль актинобактерий

Среди этих крошечных воинов есть представители типа актинобактерий. Эти организмы развивают «цистоподобные» покоящиеся клетки, которые помогают им выживать в условиях недостатка питательных веществ и противостоять высокой температуре, засухе и окислительному повреждению, связанному с лесными пожарами.

Анализ микробного сообщества в сожжённом дубе в Испании

В сожжённом дубе в Испании исследователи проанализировали состав микробного сообщества почвы с помощью секвенирования ампликонов 16S рРНК. Они обнаружили, что более 21% почвенных микробов были представителями вида Arthrobacter, устойчивого вида из семейства актинобактерий.

Изучение геномов бактерий на ранних стадиях сукцессии

Учёные также изучили метагеномно собранные геномы бактерий на ранних стадиях сукцессии в Национальном лесу Эльдорадо, Калифорния, и обнаружили, что они кодируют гены устойчивости к стрессу, участвующие в биосинтезе ectoine и mycothiol.

Поиск пищи микробами

В то время как микробы борются за выживание, активируя гены ответа на стресс, они также начинают отчаянный поиск пищи. На ранних стадиях сукцессии в почве наблюдается всплеск пиrogenic органических веществ, p-гидроксибензоата и n-фенилалкановой кислоты.

Метаболическая кооперация микробов

Ни один из микробов в постпожарных исследованиях не имеет генетического состава, позволяющего им независимо и полностью разлагать catechol или protocatechuate. Это указывает на то, что метаболическая кооперация между различными членами бактериального сообщества необходима для полного расщепления органических углеродных соединений и восстановления почвы после лесных пожаров.

Роль Arthrobacter в восстановлении почвы

Виды Arthrobacter не только эффективно разлагают сложные органические соединения, обычно встречающиеся в почвах после лесных пожаров, но и обладают свойствами, способствующими росту растений. В лабораторных экспериментах с использованием стерилизованной или сельскохозяйственной почвы люцерна и перец, инокулированные Arthrobacter, показали увеличение роста на 40% по сравнению с растениями, оставленными на произвол судьбы.

Восстановление почвы и сукцессия растений

По мере восстановления почвы такие факторы, как повышенный pH, начинают нормализоваться, создавая условия, благоприятствующие росту определённых микробов и растений. Эти организмы часто обладают чертами, придающими им устойчивость к стрессу — такими как производство ectoine, mycothiol и активация стрессового ответа SigmaB, что делает их хорошо приспособленными для колонизации и стабилизации сред после нарушений.

Источник