Ученые из Почвенного института имени В.В. Докучаева исследовали бактериальный состав зарождающихся почв тундры. Они обнаружили, что микроорганизмов становится больше по мере того, как разносящие ветром пески закрепляются на земле и превращаются в почву. В то же время относительное обилие цианобактерий, способных к фотосинтезу и фиксации азота, становится меньше. Статья опубликована в журнале Plos One. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда.

Картинка: закрепление песков тундровой растител...

Картинка: закрепление песков тундровой растительностью. Источник: Alena Zhelezova et al // Plos One, 2019

Живущие в тундре растения, животные и бактерии помогают регулировать глобальный углеродный баланс. Но пески здесь бедны питательными веществами, а средняя годовая температура неблагоприятна для развития растений. Как они растут, хорошо известно, но как меняются микробные сообщества — изучено слабо, хотя именно бактерии первыми заселяют породу и меняют ее состав, начиная процесс образования почвы. Нехватка доступного азота не дает растениям нормально расти, особенно на бедных почвах в холодных районах. Спасителями таких растений становятся бактерии, способные переводить азот в доступную для растений форму. Их исследованием и занимались ученые.

Исследователи использовали метод хронорядов: сравнивали территории разного возраста. Выбрали два участка на берегах реки Печоры: типично тундровый кустарничковый ландшафт и негустой лес (редколесье). Пески тундры, которые время от времени закрепляются корнями растений и постепенно превращаются в почву, влияют на изучение бактерий, поэтому ученые взяли за основу анализ стадий закрепления песка.

Для обоих участков исследовали три типа поверхности, соответствующие стадиям закрепления песка: незафиксированный, то есть «блуждающий» песок, зафиксированный отчасти — с мхами и лишайниками и зрелую почву под развитым растительным покровом. Микроорганизмы исследовали при помощи анализа ДНК, выделяемой из образцов песка и почвы. Даже незакрепленные пески без растительного покрова уже населены разнообразным микробным сообществом, насчитывающим сотни видов бактерий.

В процессе образования почвы на песках, которые переносятся ветром, микроорганизмов становится все больше, в том числе тех, которые связаны с превращениями азота. До 35% прокариот — это протеобактерии и ацидобактерии. Относительно высокое обилие синезеленых водорослей, способных к фотосинтезу и фиксации азота, бактерий типа Chloroflexi и архей малоизученной группы Thaumarchaeota, проживало на «блуждающих» песках. А планктомицеты (уникальные по структуре бактерии) жили в зрелых почвах.

Картинка: закрепление песков тундровой растител...

Картинка: закрепление песков тундровой растительностью. Источник: Alena Zhelezova et al // Plos One, 2019

Исследователи пришли к выводу, что состав бактерий в развитых почвах под разными типами растительности различался слабо, что говорит об унификации микробного сообщества в процессе образования почвы.

«Эта статья — одна из наших работ в рамках фундаментального проекта по изучению изменений микробных сообществ почвы во времени в зависимости от разных факторов. В рамках него мы, например, исследовали, как изменяются микробные сообщества черноземов в зависимости от типа землепользования. Оценивали, как сильно меняются микробные сообщества в почвах, погребенных под древними земляными сооружениями, и можно ли их ДНК использовать для реконструкции экологической картины более раннего времени. Также в планах — исследование сезонных изменений микробных сообществ в течение года в зависимости от температуры, влажности и активности растений и анализ изменений микробиоты тропических почв при сведении и восстановлении естественных тропических лесов», — рассказывает Тимофей Чернов, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела биологии и биохимии почв Почвенного института имени В.В. Докучаева.

В работе также принимали участие исследователи из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.