Три смены под землей: микробы работают вахтовым методом, чтобы мы не остались без еды

Жизнь в почве не замирает даже под слоем снега, а весной разворачивается сложный микробный сценарий. Биологи выяснили, что микроорганизмы по очереди включаются в переработку азота, образуя чёткий сезонный цикл. От того, кто именно активен в конкретный момент, зависит плодородие почвы и потери питательных веществ. Об этом сообщается в журнале Nature Microbiology.

Три микробные "смены" в течение года

Почвенные микроорганизмы способны перерабатывать тысячи органических соединений азота, используя согласованные биохимические стратегии. Однако новое исследование показало, что они не действуют как единое целое. Вместо этого в течение года доминируют три разные группы.

Первая группа активна зимой, вторая — сразу после таяния снега, когда почва насыщается водой, а третья выходит на пик весной. Каждая из них выполняет свою функцию в общем круговороте азота, передавая эстафету следующей. Подобная согласованность напоминает, насколько устойчивыми могут быть ключевые биохимические процессы — как это видно на примере того, что нитрогеназа существовала уже 3 миллиарда лет назад.

Такой поэтапный механизм оказался ключевым для понимания того, почему весной активность микробов сначала резко возрастает, а затем быстро снижается по мере истощения доступных ресурсов.

Кто и как перерабатывает азот

Зимние микроорганизмы и микробы периода талых вод в основном занимаются расщеплением сложных органических соединений, включая аминокислоты. Они подготавливают азот, переводя его в формы, которые могут быть использованы другими организмами.

Весенние микробы выполняют иную задачу. Именно они трансформируют азот в соединения, доступные для растений, и определяют, останется ли он в почве или будет потерян — например, уйдёт в атмосферу или вымоется в водоёмы.

В зависимости от того, какая группа доминирует, экосистема либо сохраняет азот, повышая плодородие, либо теряет его, что напрямую отражается на росте растений.

Почему климат нарушает баланс

В нормальных условиях весеннее поглощение азота растениями хорошо согласовано с зимней и ранневесенней активностью микроорганизмов. Однако потепление климата всё чаще нарушает этот ритм.

Во многих регионах снег начинает таять раньше, чем несколько десятилетий назад. Это приводит к преждевременной активизации микробов и ускоренному высвобождению азота в период, когда растения ещё не готовы его усваивать. Подобные климатические сдвиги уже отражаются на экосистемах, что видно по тому, как потепление делает нектар менее питательным для бабочек-монархов.

В результате увеличиваются потери питательных веществ, что негативно сказывается на здоровье лесов, повышает уязвимость экосистем к болезням и усиливает риск пожаров.

Зачем это знание нужно на практике

Новое понимание сезонной динамики микробов меняет устоявшиеся представления о почвенной экологии. Круговорот азота оказался гораздо более гибким и чувствительным к изменениям температуры и влажности, чем предполагалось ранее.

Эти данные важны не только для экологии, но и для прогнозирования последствий климатических изменений. Знание того, какие микробы активны в конкретный момент, позволит точнее оценивать будущие потери азота и разрабатывать стратегии сохранения плодородия почв.

Понимание зимней "жизни" микроорганизмов становится ключевым фактором для смягчения последствий климатических сдвигов и защиты наземных экосистем.