Расположенные в почве, в масштабах слишком маленьких, чтобы увидеть их без микроскопа, сложные сообщества микроорганизмов усердно работают, питаясь, размножаясь и, да, убивая друг друга.
Хищники не всегда являются типичными львами или соколами, живущими в пищевых сетях, которые видны человеку, объясняют авторы нового мета-анализа, опубликованного в журнале mBio. Иногда это миниатюрные бактерии, охотящиеся под землей в драматических "волчьих стаях". Часто слишком маленькие, чтобы полностью "поглотить" свою жертву, по словам авторов, "они поглощают ее не менее свирепо". Один вид почвенных бактерий, получивший соответствующее название Vampirovibrionales, "просверливает отверстие в своем хозяине" - используя, по сути, клыки - "и высасывает сок", - говорит соавтор Дженнифер Петт-Ридж, старший научный сотрудник Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса.
Хорошо известно, что эти хищные почвенные бактерии существуют, говорит Петт-Ридж. Но авторы хотели узнать: Насколько они важны?
"Хищничество может быть действительно важным в экосистемах", - говорит ведущий автор исследования Брюс Хангейт, эколог-микробиолог из Университета Северной Аризоны. Хищники могут помочь решить, какие организмы процветают в той или иной местности, говорит он, и как быстро перемещаются элементы, такие как углерод и азот, и куда они попадают".
Хотя другие микробы, такие как нематоды или амебы, более известны как хищники в почвенной среде, "мы обнаружили, что хищные бактерии, или бактерии, которые поедают другие бактерии, удивительно активны в почве", - говорит Хунгате.
Только в последние 20 лет или около того, благодаря новым технологиям секвенирования, исследователи смогли точно определить некоторые из различных организмов, которые появляются в этих почвенных микробных сообществах. Однако проследить их взаимодействие и поведение до сих пор не удается: как с технической, так и с более культурной точки зрения, говорит Хунгате.
В микробиологии, говорит он, большое внимание уделяется выделению и измерению организмов в лаборатории. Ученые многому научились таким образом, но в экологии "мы хотим знать, что делают организмы в природе? И для микроорганизмов это было очень трудно выяснить".
Сегодня, говорит Хунгейт, микробные экологи прилагают все усилия, чтобы выяснить, "не только кто там, но и что они делают? И как быстро?"
В мета-анализе, проведенном большой группой исследователей из нескольких институтов, были проанализированы данные, собранные авторами на 15 участках по всей Северной Америке, от тропических почв в Пуэрто-Рико до торфяного болота в Миннесоте. Во всех этих экспериментах исследователи использовали метод, называемый "зондированием стабильными изотопами", или SIP, для отслеживания скорости роста почвенных бактерий, которые, как считается, являются хищными. Почву поливали "тяжелой" водой с особым изотопом O-18, и организмы, которые были активны, то есть синтезировали новую ДНК, в конечном итоге поглощали прослеживаемый изотоп O-18 в своей ДНК, которую затем извлекали и анализировали. Помимо О-18, были отслежены и такие элементы, как углерод.
"Если вы хищник, если вы лев на вершине пищевой сети, то у вас будет накапливаться больше этих уникальных следов", - говорит Петт-Ридж. Результаты исследования позволяют предположить, что это правило справедливо и для микробных пищевых цепей. Исследователи обнаружили, что бактерии, которые ели только другие бактерии (хищники микробного мира), "были наиболее изотопно обогащены во всех этих исследованиях", - говорит Петт-Ридж. Другими словами, они росли и поглощали углерод с большей скоростью, чем другие бактерии.
Авторы отметили, что существуют ограничения в классификации хищных бактерий - микробиологам еще многое предстоит узнать об образе жизни бактерий. Хунгате также отметила, что моделирование дождя, что они и сделали для проведения экспериментов по зондированию стабильными изотопами, может изменить почву и поведение живущих в ней организмов, поэтому необходимо проводить больше исследований по сезонам и погодным явлениям.
[Подробнее: Почему леса в Андах имеют решающее значение для борьбы с изменением климата].
"То, что рост и поглощение углерода выше у бактерий, ведущих хищный образ жизни, чем у других бактерий, очень интересно и подтверждает идею о том, что бактериальные хищники могут играть значимую роль в пищевой сети почвы", - написала Теа Уитман, почвенный эколог из Университета Висконсин-Мэдисон, не принимавшая участия в исследовании, в электронном письме в Popular Science.
В конечном итоге, говорят исследователи, понимание того, чем занимаются эти существа, поможет ученым продвинуться к более глубокому пониманию этих мини-экосистем и того, как в них происходит круговорот таких элементов, как углерод. Чем лучше они смогут понять, как углерод движется через эти системы, тем точнее ученые смогут предсказать, каким будет наш климат в будущем.
В моделях, которые помогают нам прогнозировать наше потенциально страшное климатическое будущее, "нам действительно необходимо включить эти организмы, нам необходимо включить этот механизм переноса углерода между организмами", - говорит Петт-Ридж. "И я скажу вам, что сейчас это абсолютно не включено ни в одну модель".