Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Протисты – это индикаторы степени загрязнения почвы
Представьте кусочек почвы. Что может содержаться всего в 1 грамме? Помимо органических и неорганических веществ, даже самая маленькая частица почвы содержит ОЧЕНЬ МНОГО микроорганизмов! В 2018 году Гейзен и Бонковски подсчитали, что на грамм почвы приходится от 10,000 до 100,000 отдельных микроорганизмов. Это многочисленные бактерии, грибки, вирусы и протисты. Протисты, одноклеточные эукариотические микробы, составляют большую часть этих почвенных микроорганизмов. Принято считать, что они обитают только в водных системах, но это утверждение не совсем верно. Протисты демонстрируют необычайное морфологическое и физиологическое разнообразие, что позволяет им жить в разных средах и приспосабливаться к различным условиям.
Существует так много литературы о бактериях и грибках в почве, но так мало о почвенных простейших. Ученые утверждают, что эти организмы совсем несправедливо оставались без внимания. А их воздействие на почвенную среду осталось незамеченным (или недостаточно замеченным!). Например, фотосинтезирующие протисты отвечают за поступление углерода в почвенные системы. Почвенные протисты также могут регулировать и балансировать микробные популяции, потому что некоторые из них питаются бактериями, грибками и даже другими простейшими. Наконец, протисты могут значительно влиять на рост растений, стимулируя активность бактерий и увеличивая поступление азотистых и углеродных питательных веществ (например, аминокислот, углеводов и т. д).
Быстрый темп технологического развития и урбанизации привел ко многим экологическим проблемам и кризисам. Подобно тому, как воздух загрязняется парниковыми газами, почва также загрязняется тяжелыми металлами, микропластиком и органическими соединениями. Несомненно, токсины действуют на почвенные организмы как на индивидуальном, так и на видово-популяционном уровне. Учитывая такой обширный список положительных преимуществ протист для почвы, ученые задаются вопросом как эти изменения окружающей среды могут повлиять на сами микроорганизмы.
Тяжелые металлы являются распространенными загрязнителями почвы. В далеком 2012 году уже было продемонстрировано, что увеличение концентрации кадмия (Cd), цинка (Zn), свинца (Pb) и ртути (Hg) значительно снижает количество видов Acanthamoeba, которые обычно обитают в почве (Примечание: амебы считаются животноподобными протистами). Более того, накопление тяжелых металлов приводит к повреждению ДНК этих организмов. Это ведет либо к их вымиранию (поскольку здоровый генетический материал не может быть передан следующему поколению), либо к мутациям, которые могут иметь непредсказуемые последствия в будущем. Чтобы выяснить, насколько хорошо протисты могут переносить присутствие тяжелых металлов в их окружающей среде, ученые используют почвенных инфузорий в качестве модельных организмов. Эти организмы являются важными индикаторами состояния почвы из-за выполняемых ими функций. Они не только выделяют азот, который употребляется растениями, но и регулируют количество бактерий, присутствующие в почве. Один из подобных экспериментов был проведен Rico et al. Результаты показали, что присутствие тяжелых металлов стимулирует выработку активных форм кислорода (АФК), что негативно влияет на жизнедеятельность простейших организмов. Это, в свою очередь, нарушает нормальное функционирование клеток, что может привести к неизвестным последствиям для стабильности почвенных микробных популяций.
Но не все загрязнители почвы обязательно представляют собой металлы или пластик. Органические загрязнители, такие как удобрения, также могут быть вредоносными. В настоящее время, когда спрос на свежие фрукты и овощи настолько высок, трудно представить ферму, которая не использует удобрения для ускоренного роста растений. Однако есть некоторые свидетельства того, что сообщество почвенных простейших более чувствительно к удобрениям, чем те же самые бактерии или грибки. Исследование, проведенное в 2019 году, показало, что азотные удобрения косвенно изменяют абиотические факторы почвы, такие как уровень pH и солености, тем самым снижая разнообразие простейших. Ввиду этого, основные вопросы, вызывающие беспокойство ученых, звучат следующим образом: насколько сильно эти изменения влияют на почву и живущие в ней организмы? Будет ли почва иметь такой же микробный состав и свойства, если протисты исчезнут?
Так как же протисты адаптируются? Одним из способов сосуществования с металлическими загрязнителями является их поглощение и аккумуляция. Это происходит за счет наличия в клетках простейших примитивных белков (как и у всех эукариот), связывающие атомы цинка (Zn) и меди (Cu). Это позволяет протистам поглощать и накапливать Zn или Cu до тех пор, пока они не потребуются для биологических реакций. Данное наблюдение было сделано в исследовании Hao et al. в 2015 году, и это, действительно, очень необычный способ выживания. Держи друзей близко, а врагов еще ближе!
Учитывая все, что уже известно о почвенных протистах, необходимы дополнительные исследования взаимосвязи микробного мира с загрязняющими веществами. Чтобы лучше понять эту связь, ученые намерены использовать почвенных протистов в качестве индикаторов загрязнения. Логика здесь проста: поскольку протистов так много в почве, любые нарушения в этой среде будут на них отражаться. Если промышленные загрязнители накапливаются в почве и негативно влияют на ее здоровье, то деятельность и «биологические» обязанности почвенных простейших также нарушатся. Это, в свою очередь, даст ученым достаточно информации для оценки рисков, связанных с повышенным накоплением загрязняющих веществ. Будем надеяться, что секрет борьбы с загрязнениями скоро не будет секретом!
Перевод был сделан Марией Мартыновой
Оригинальная статья: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389422000851
Изображение: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389422000851
micro-bites.org 