Журнал для юных умов
Меню сайта

Сверхмалые хищники в почве: Кто они и что делают?

В почве живут миллионы видов. Большую часть этого биоразнообразия составляют бактерии и грибы - крошечные организмы, составляющие так называемый почвенный микробиом. Размер и состав почвенного микробиома в основном контролируется двумя группами хищников: протистами и нематодами. Протисты - это крошечные одноклеточные организмы, а нематоды - крошечные черви и самые многочисленные животные на Земле. Протисты и нематоды вместе весят больше, чем все остальные животные на Земле! Протисты и нематоды поддерживают баланс почвенного микробиома, что помогает растениям расти и поддерживает нормальное функционирование почвы. Без почвенных хищников - протистов и нематод - функции и услуги, предоставляемые почвами, изменились бы настолько, что это могло бы даже повлиять на климат Земли. Так что давайте не забывать о важности этих крошечных почвенных организмов!

Биоразнообразие почвы

Возможно, вы уже знаете, что почвы - это не просто темного цвета грязь, состоящая из песка, глины и суглинка; почвы отличаются высоким биоразнообразием, то есть в них живут миллионы организмов всех типов и размеров. В почвах не только больше биоразнообразия, чем в любой другой экосистеме на Земле, но и вес всех почвенных организмов (включая растения, корни которых составляют примерно половину почвенных организмов) намного больше, чем вес всех остальных организмов вместе взятых [ 1 ]. Размеры почвенных организмов варьируются от микроскопических вирусов до огромных грибов, которые могут распространяться на сотни метров, и все, что между ними! Микроскопическая жизнь в почве называется почвенным микробиомом, и в основном он состоит из бактерий и грибов. Без разнообразного микробиома почва не смогла бы перерабатывать питательные вещества и способствовать росту растений. Эта статья посвящена двум группам почвенных организмов, которые мало кто изучает: протистам и нематодам. Надеюсь, что после прочтения вы поймете, почему следует уделять больше внимания этим крошечным организмам!

Протисты и нематоды: Крошечные хищники

Хищники микробиома - это организмы, питающиеся микроорганизмами, такими как бактерии и грибы [ 2 ]. Протисты и нематоды - одни из самых важных хищников микробиома. Нематоды очень малы - по крайней мере в 100 раз меньше ширины человеческого волоса, поэтому они не видны невооруженным глазом. Наиболее известная ученым нематода - круглый червь, которого ученые называют Caenorhabditis elegans, часто используемый в исследованиях. Многие ученые, врачи, фермеры и садоводы знают нематод как вредителей, поскольку некоторые виды могут заражать человека, а другие вызывают болезни растений. В почве нематоды питаются бактериями, грибами или другими нематодами, а также могут быть паразитами животных и растений. Хотя большинство нематод выглядят одинаково, существует много сотен тысяч разнообразных видов (рис. 1А)1 . Восемь из 10 животных на Земле - нематоды. Другими словами, на каждого человека приходится 60 миллиардов нематод [ 3 ]!

А теперь попробуйте представить, что протистов в почве в 1000 раз больше, чем нематод! Протисты - это микроорганизмы, которые нельзя отнести к животным или растениям. Протисты - это эукариоты, то есть они содержат ядро, как и клетки животных, грибов и растений. Хотя термин "протист" может быть для вас новым, вы наверняка слышали о некоторых известных примерах протистов: все эукариотические водоросли, которые осуществляют фотосинтез в озерах и океанах, являются протистами. Некоторые болезни вызываются протистами, например, вызывающий малярию Plasmodium falciparum. Амёбы и парамеции - это протисты, и их гораздо больше! Вполне вероятно, что большая часть эукариотического разнообразия на Земле состоит из протистов, а число их видов исчисляется миллионами. Однако нам известно менее 1 из 100 существующих видов протистов. В почве протисты выполняют широкий спектр функций. Большинство протистов питается бактериями, но многие также питаются грибами и даже крупными животными. Некоторые протисты могут быть паразитами растений и животных, а некоторые живут в отношениях с грибами, как лишайники [ 4 ]. Протисты имеют очень разнообразные формы и могут быть красивыми (рис. 1B) 2 .

Подобно львам или другим крупным хищникам, микробиомные хищники охотятся на многое, что могут поймать (рис. 1С,D). Таким образом, эти мелкие хищники контролируют рост микроорганизмов, изменяют их состав в почвенной экосистеме и помогают почве выполнять свои важные функции. Хищники микробиома обычно питаются менее активными микробами, тем самым поддерживая активность всего микробиома - стратегия питания, опять же похожая на стратегию львов, которые повышают приспособленность добычи, питаясь более старыми, медленными и слабыми особями. Хищничество микробиома также приводит к высвобождению питательных веществ в почву, которые могут быть поглощены другими микробами и растениями, помогая этим организмам расти.

Как мы можем изучать хищников микробиома?

Поскольку нематоды и протисты крошечные и не видны в почве, ученые сталкиваются с большой проблемой - они не могут напрямую изучать их в естественной среде обитания. Один из способов изучить эти организмы - выделить их из почвы. Для нематод это немного проще, и вы даже можете попробовать сделать это самостоятельно в домашних условиях, используя кофейные фильтры или папиросную бумагу, воду и миску (рис. 2)3 .

Рисунок 2 - Выделение нематод в домашних условиях.

Изучение протистов сложнее. Поскольку большинство почвенных протистов прочно прилипают к частицам почвы, лучшим способом их изучения в прошлом было поместить крошечное количество почвы вместе с бактериями, чтобы извлечь протистов, питающихся бактериями. Однако таким образом можно вырастить лишь несколько видов протистов, и поэтому многие виды протистов до сих пор остаются неизвестными. Сегодня большинство исследователей используют молекулярные инструменты для идентификации почвенных организмов. Подобно криминалистам, мы можем использовать ДНК, извлеченную из почвы, чтобы идентифицировать эти маленькие организмы. Поскольку каждый организм имеет уникальную последовательность ДНК, мы можем использовать технологию секвенирования ДНК для дифференциации отдельных видов на основе их уникальной ДНК. Это позволяет определить, какие организмы присутствуют в почве, даже если мы не можем увидеть их глазами или вырастить в лаборатории (рис. 3).

Рисунок 3 - Помимо того, что хищники микробиома хорошо спрятаны в почве, они слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.

Эти методы выделения, культивирования и секвенирования показывают нам, какие виды присутствуют в образце почвы, но не то, что эти виды делают. Существуют способы понять функции протистов и нематод в почве, в том числе комбинирование хищников с различными микроорганизмами-жертвами для наблюдения за их взаимодействием. Другие научные подходы позволяют выяснить, чем питаются организмы в почве, путем отслеживания определенных почвенных соединений с помощью специальных методов, как описано в [ 5 ].

Почему мы должны заботиться о хищниках микробиома?

Без хищников-микробиомов у наших почв были бы большие проблемы... а проблемы с почвой - это проблемы для нас! Почти все питательные вещества, поступающие в почву, поглощаются бактериями и грибками. Если не контролировать бактерии в почве, то самые многочисленные из них будут поглощать все питательные вещества и удерживать их в течение длительного времени. Микробы могут оставаться живыми в почве в течение нескольких месяцев без хищников и даже вступать в стадию длительного выживания, в которой они могут существовать десятилетиями. Как следствие, пищевая цепочка остановится, и более крупные организмы не смогут выжить. Растения также получали бы из почвы гораздо меньше питательных веществ и росли бы медленно, если бы вообще росли. Хищники микроорганизмов следят за тем, чтобы этого не произошло. Охотясь на микробов и высвобождая часть питательных веществ, которые эти микробы поглощают, хищники микробиома обеспечивают растениям доступ к питательным веществам. Сами микробиомные хищники также могут служить добычей для более крупных организмов. Таким образом, хищники-микробиомы в конечном итоге спасают наши запасы продовольствия, помогая почве выполнять свои важнейшие функции.

Выводы

Протисты и нематоды - одни из самых биологически разнообразных и многочисленных организмов на Земле. И протисты, и нематоды - важные хищники микробиома, обеспечивающие нормальное функционирование почв. Проще говоря, без хищников микробиома жизнь в почве и на почве была бы невозможна! Действительно, хищники микробиома имеют ключевое значение для роста растений, а также играют важнейшую роль в других микробных процессах, происходящих в здоровых почвах. Расширяя наши знания о микробиомных протистах и нематодах, мы также расширим наше понимание того, как работают почвы. Если мы научимся регулировать типы и численность хищников микробиома в почве, мы сможем сохранить здоровье почвенного микробиома и защитить функции почвы. Важнейшая роль хищников микробиома в почве ясно показывает, что мы не должны забывать ни об одной группе живых организмов на планете, потому что даже самые маленькие организмы могут иметь уникальное функциональное значение, которое помогает поддерживать жизнь многих других организмов, включая человека!

Это интересно: