آیا میکروب های خاک می توانند در شرایط آب و هوایی در حال تغییر زنده بمانند؟

موجودات زنده در سراسر جهان با سطوح بی سابقه ای از استرس ناشی از تغییرات آب و هوایی، تخریب زیستگاه و بسیاری دیگر از تغییرات محیطی ناشی از انسان مواجه هستند. پیش‌بینی و کاهش اثرات این تنش فزاینده بر موجودات، و خدمات زیست‌محیطی که ما به آنها وابسته هستیم، مستلزم درک این موضوع است که چرا برخی از گونه‌ها می‌توانند در طیف وسیعی از محیط‌ها وجود داشته باشند در حالی که گونه‌های دیگر تنها در چند زیستگاه وجود دارند.

در دنیای علمی بوم شناسی، محققان اغلب سعی می کنند موجودات موجود در سیاره ما را به دو دسته طبقه بندی کنند: متخصصان و عمومی ها. ژنرالیست ها می توانند در طیف گسترده ای از شرایط محیطی و زیستگاه ها زنده بمانند، در حالی که متخصصان برای بقا محدودتر یا محدود به شرایط خاص هستند. به عنوان مثال، خرس پاندا فقط از بامبو در یک زیستگاه خاص تغذیه می کند. نه تنها محدوده زیستگاه آنها محدود است، بلکه رژیم غذایی آنها نیز محدود است، و اگر گیاه بامبو منقرض شود، خرس های پاندا نیز ممکن است منقرض شوند.

اما در مورد دنیای میکروبی موجودات غیرقابل مشاهده در همه جای زمین، از روده انسان گرفته تا خاک زیر پای ما، چطور؟ در کدام دسته قرار می گیرند؟

برای یافتن پاسخ، گروهی از دانشجویان فارغ التحصیل و فوق دکترا در آزمایشگاه زیست شناسی دانشیار میشل افخمی در کالج هنر و علوم دانشگاه میامی، توالی های DNA پروکاریوت ها، گروهی از میکروب ها را که شامل همه باکتری ها و باستان شناسی می شود، مورد مطالعه قرار دادند. این یافته ها در یک مطالعه اخیر با عنوان “تخصص و تعمیم چند بعدی در پروکاریوت های خاک فراگیر است” که اکنون در مجله Nature Ecology & Evolution موجود است، آمده است .

دامیان هرناندز، دانشجوی فارغ التحصیل سابق در آزمایشگاه افخمی که اکنون در حال آماده شدن برای زیست شناسی است، گفت: «ایده پشت این پروژه این بود که بفهمیم آیا این میکروب ها می توانند در محدوده باریک یا گسترده ای از شرایط در ابعاد مختلف محیطی وجود داشته باشند یا خیر. کمک هزینه تحصیلی با بنیاد ملی علوم. به طور خاص، ما می‌خواستیم بدانیم که آیا میکروب‌ها معمولاً متخصصان چند بعدی، کلی‌گرایان چندبعدی هستند یا از استراتژی‌های متفاوتی در ابعاد مختلف محیطی استفاده می‌کنند – و چه تأثیری می‌تواند بر نقش آنها در جوامع داشته باشد. ابعاد محیطی که ما برای تعیین عمومی بودن یا متخصص بودن میکروب ها استفاده کردیم، بر اساس شرایط محیطی متعدد در خاکی است که در آن زندگی می کنند، به عنوان مثال بستر برگ، دما، آب و مواد مغذی.

در یک تلاش مشترک دو سال در ساخت، تیم دانش‌آموزان بیش از 200 نمونه خاک جمع‌آوری شده توسط شبکه ملی رصدخانه اکولوژیکی را از سایت‌هایی در سراسر ایالات متحده تجزیه و تحلیل کردند. هرناندز و گروه از بیش از 1200 پروکاریوتی که مورد بررسی قرار گرفتند، چیزی کاملاً شگفت‌انگیز پیدا کردند. آنها دریافتند که اکثریت (90 درصد) میکروب ها یا کلی گرایان چند بعدی یا متخصصان چند بعدی بودند.

اساساً، اگر یک میکروب در یک محور محیطی کلی گرا بود، تقریباً همیشه در تمام محورهای دیگر کلی گرا بود. و اگر متخصص در یک محور محیطی بود، در تمام محورها تخصص داشت. این کشف علاوه بر ارائه بینش مهم در مورد چگونگی ساختار جوامع میکروبی، برخی از اولین شواهد را برای تخصص و تعمیم چند بعدی در هر نوع ارگانیسم ارائه می دهد.

هرناندز که اولین نویسنده این مطالعه است، گفت: «ما دریافتیم که میکروب‌ها می‌توانند در جایی که می‌توانند وجود داشته باشند بسیار محدود شوند. میکروب های عمومی بسیار انعطاف پذیر هستند و می توانند طیف وسیع تری از شرایط را تحمل کنند. اما میکروب های متخصص به بسیاری از شرایط محیطی مختلف حساس هستند، زیرا آنها در چندین محور محیطی محدود هستند و بنابراین هرگونه تغییر در محیط ممکن است مانع بقای آنها شود.

او گفت: “به طور فرضی، اگر یک اکوسیستم توسط میکروب های متخصص ساخته شده باشد، آن اکوسیستم ها به احتمال زیاد نسبت به تغییرات محیطی حساس هستند.”

افخمی تأیید می کند که این یافته ها استدلال جالبی در مورد چگونگی زنده ماندن میکروب ها در آب و هوای متغیر ارائه می دهد.

همانطور که از این مطالعه آموختیم، میکروب‌های عمومی می‌توانند در طیف وسیعی از زیستگاه‌ها زندگی کنند و این می‌تواند به این معنی باشد که آن میکروب‌ها ممکن است در برابر تغییرات آب و هوایی یا تکه تکه شدن زیستگاه انعطاف‌پذیر باشند، زیرا احتمالاً شرایط متغیر محیطی را تحمل می‌کنند. آنها همچنین در جوامع میکروبی بسیار مسلط هستند.

در مقابل، تیم دریافت که میکروب های متخصص می توانند بسیار مستعد تغییرات محیطی باشند. میکروب‌هایی که به‌عنوان متخصص طبقه‌بندی می‌شوند، به دلیل عملکرد بالایشان در دنیای میکروبی، به نظر می‌رسد که «سازمان‌دهندگان جامعه» مهم باشند. برای مثال، تیم تحقیقاتی کشف کردند که میکروب‌های متخصص به احتمال زیاد میکروب‌هایی هستند که می‌توانند رشد گیاه را تقویت کنند، خاک را سم‌زدایی کنند، کربن‌های پیچیده موجود در خاک را هضم کنند و مواد مغذی را به خاک اضافه کنند.

افخمی گفت: «این بسیار نگران‌کننده است، زیرا آنچه در این مطالعه آموختیم این است که متخصصان میکروبی به شدت در شبکه میکروبی متصل هستند و می‌توانند به عنوان گونه‌های اصلی برای حفظ و هدایت تنوع و عملکرد میکروبیوم در نظر گرفته شوند.» در این مطالعه، ما می‌توانیم شروع به درک برخی از عملکردهای بیولوژیکی آنها، نقش آنها در جامعه میکروبی و نحوه واکنش آنها به تغییرات جهانی روی سیاره – در یک مفهوم گسترده‌تر در جامعه میکروبیوم کنیم.»

– این بیانیه مطبوعاتی در ابتدا در وب سایت دانشگاه میامی منتشر شد