Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Почва: источник или поглотитель метана?
Наша планета быстро нагревается, так как парниковые газы в атмосфере задерживают тепло. Наиболее известным парниковым газом является двуокись углерода (CO2), но есть и другие, такие как метан (CH4) или закись азота (N2O).
В атмосфере метан является вторым по распространенности парниковым газом. Однако, он сильно действеннее углекислого газа в 28 раз! Вот почему выбросы метана тщательно контролируются, особенно в сельскохозяйственной среде. Например, каждый год одна корова может производить почти 100 кг метана путем ферментации пищи в рубце…Представьте объемы газа, выделяемые крупным рогатым скотом каждый год!
Не только коровы выбрасывают метан в атмосферу. Почва, или лучше сказать “микроорганизмы, живущие в почве (метаногены)”, также производят метан; но некоторые из них могут окислять (или разлагать) метан (а именно, метанотрофы). Этот тонкий баланс жизнедеятельности метаногенов и метанотрофов определяет, будет ли почва выступать в качестве источника или поглотителя метана. Понимание данных процессов может помочь в моделировании прогнозов выбросов метана и общие выбросы парниковых газов, но все не так просто…
В то время как ученые могут легко идентифицировать метаногенов и метанотрофов с помощью “омик” технологий на основе ДНК, связать разнообразие и численность этих микроорганизмов с фактическими потоками выбросов метана довольно сложно. Чтобы решить эту проблему, была использована техника метатранскриптомики на основе РНК. Это позволило идентифицировать активные таксоны (рРНК) и количественно определить активные гены (с использованием мРНК). Такой анализ может помочь с измерениями выбросов парниковых газов.
В своем исследовании Täumer с коллегами (2022) использовали метатранскриптомику, чтобы связать гены биологического круговорота метана с природными потоками метана, и отслеживать сезонные изменения этих потоков. Они отбирали образцы пастбищных почв в Германии осенью, зимой, весной и летом, выделяя при этом общую РНК для секвенирования. Они также измеряли выбросы метана и углекислого газа на каждом участке отбора проб с помощью газовых камер, помещенных в почву.
Было обнаружено, что потоки газа меняются в зависимости от сезона года. Осенью и зимой почва выделяла метан, в то время как выбросы углекислого газа были низкими. Однако, весной и летом эти почвы поглощали метан и выделяли углекислый газ. Сезонно-динамические потоки газа отражали изменения не только во влажности и температуры почвы, но и состава почвенного микробного сообщества!
Группа установила связь между количеством транскриптов мРНК гена метаногенезы и количеством метана, измеренными в полевых условиях. Другими словами, большее количество транскриптов означает увеличение выбросов метана.
Сами по себе эти результаты крайне важны, поскольку они связывают технологии “омики” с полевыми наблюдениями. Далее, команда определила маркеры, отличающие метаногенов от метанотрофов, чтобы понять, возможно ли они проанализировать потоки метана с помощью метатранскриптомики. Они показали, что соотношение метаногенов к метанотрофам с использованием рРНК для определения видовой принадлежности нельзя использовать для определения направления потоков метана. Но, соотношение транскриптов функциональных генов вполне точно (транскриптов метаногенеза/метанотрофных рРНК) отражает потоки метана. Это помогает установить, являются ли почвы источниками или поглотителями метана.
Поскольку почвы являются основными биологическими поглотителями атмосферного метана (разлагаемого метанотрофами), крайне важно отслеживать изменения потоков метана, особенно с учетом резкого увеличения выбросов парниковых газов во всем мире. Хотя все еще трудно связать конкретные биологические сообщества с выделяемыми потоками газа, это исследование приближает нас на один шаг к пониманию циркуляции потоков метана в природе.
Перевод был сделан Марией Мартыновой
Дополнительные источники: Soils as sources and sinks for atmospheric methane
micro-bites.org 