« Земля киборгов » раскрывает секретный микробный мегаполис у нас под ногами

Выкопайте чайную ложку в ближайший комок почвы, и то, с чем вы выйдете, будет содержать больше микроорганизмов чем есть люди на Земле. Мы знаем это из лабораторные исследования которые анализируют образцы земли, взятые из микробной дикой природы, чтобы определить, какие формы микроскопической жизни существуют в мире под нашими ногами.

Проблема в том, что такие исследования на самом деле не могут сказать нам, как это подземное царство грибов, жгутиконосцев и амеб действует в земле. Поскольку они влекут за собой удаление почвы из окружающей среды, эти исследования разрушают хрупкие структуры грязи, воды и воздуха, в которых обитают почвенные микробы.

Это побудило мою лабораторию разработать способ слежки за этими подпольными работниками, незаменимыми в их роли как агенты рециркуляции органических веществ, не нарушая их микро-сред обитания.

Наше исследование раскрыли темноту благодаря городам, в которых обитают почвенные микробы. Мы обнаружили лабиринты крошечных шоссе, небоскребов, мостов и рек, по которым микроорганизмы перемещаются в поисках пищи или чтобы не стать чьей-то следующей едой. Это новое окно в то, что происходит под землей, может помочь нам лучше оценить и сохранить Землю. все более и более поврежденный почвы.

Киборг почва

В нашем исследовании мы разработали новый вид «почвы киборгов», наполовину естественный, наполовину искусственный. Он состоит из микрочипов, которые мы либо закопали в дикой природе, либо окружили землей в лаборатории на время, достаточное для появления микробных городов в грязи.

Чипы буквально действуют как окна в метро. Прозрачный участок в непрозрачной почве, чип вырезан, чтобы имитировать структуру пор реальной почвы, которая часто бывает странной и нелогичной в том масштабе, в котором их ощущают микробы.

Различные физические законы становятся доминирующими на микромасштабе по сравнению с тем, что мы знаем в нашем макро-мире. Вода прилипает к поверхностям, а покоящиеся бактерии толкаются движением молекул воды. Образуются пузырьки воздуха непреодолимые преграды для многих микроорганизмов из-за поверхностного натяжения воды вокруг них.

После того, как мы имплантировали наши чипы в почву, мы могли наблюдать, как микробы проходят через процесс разложения, раскрывая их взаимодействие, их пищевые сети и то, как различные микробы создают окружающую их постоянно изменяющуюся среду обитания.

Грибковые магистрали

Когда мы выкопали наши первые чипы, мы встретили все разнообразие одноклеточных организмов, нематоды, крошечный членистоногие и виды бактерий, которые существуют в наших почвах. Гифы грибов, которые зарываются в землю, как корни растений, имели быстро вырос в глубины почвенных пор наших киборгов, создавая прямую живую связь между настоящей почвой и нашими чипами.

Это означало, что мы могли изучать явление, известное только из лабораторных исследований: «грибковые дороги«по которым бактерии»автостоп«распространяться по почве. Бактерии обычно разойтись в воде, поэтому, наполнив некоторые из наших чипсов воздухом, мы могли наблюдать, как бактерии провозить себя в новые поры, следуя нащупывающим рукавам гиф грибов.

Неожиданно мы также обнаружили большое количество протисты — загадочные одноклеточные организмы, которые не являются ни животными, ни растениями, ни грибами — в пространствах вокруг гиф. Очевидно, они тоже едут автостопом по грибной дороге — пока что совершенно неизведанное явление.

Поскольку мы исследовали несколько сотен возможных путей внутри наших киборгов, включая несколько тысяч отдельных пор, мы также смогли количественно определить, что это происходило часто. Это показывает, что гифы должны быть важным вектором распространения большого разнообразия плавающих микроорганизмов, что дает им важное преимущество при поиске пищи в подземных микрогородах.

Подземная инженерия

В нашем исследовании мы также хотели изучить, как и с помощью каких средств создаются микробные города. Один из способов сделать это — наблюдать, как минералы почвы попадают в наши щепки, создавая карманы реального почвенного пространства внутри искусственных структур, которые мы разместили в земле.

Когда наши чипсы начали высыхать, мы стали свидетелями того, как вода всасывается через поры почвы: цунами движений воды, которым почвенные микроорганизмы регулярно подвергаются, когда дождь и сияние нарушают их крошечные миры. Полученные в результате образцы минералов почвы выглядели точно так же, как русловая система в нашем макромире.

И не только физические силы формируют среду обитания почвенных микробов. Обладая крепкими кончиками гиф, грибы часто действуют как «инженеры экосистемы«, открывая проходы и блокируя других своими клетками. Они ответственны за многие улицы, проспекты и мосты в микробном мегаполисе.

Читать далее: Тайная жизнь грибов: как они используют гениальные стратегии для добычи кормов под землей

Что еще более удивительно, мы обнаружили, что другие, менее «сильные» организмы также изменяют микроскопическую структуру почвы. А. инфузорияНапример, он обладает небольшими волосками для передвижения, а также может срывать землю бульдозером, активно добывая себе пищу.

Почва, наука и общество

Наше исследование почвы киборгов в конечном итоге помогает связать экологию поля с контролируемыми лабораторными исследованиями. Он сочетает в себе преимущества изучения реалистичных, сложных сообществ почвенных организмов, в то же время тщательно контролируя и регулируя такие факторы, как поступление питательных веществ или температура, чтобы мы могли видеть, как почвы и их микробы реагируют на изменения над землей.

Но есть еще одно преимущество. Мы считаем, что наблюдение за скрытым миром почв и их интригующими обитателями может помочь людям эмоционально погрузиться в эту жизненно важную экосистему. В других экосистемах уже давно харизматичные животные представлять природоохранные инициативы. С другой стороны, почвы все еще связанный с грязью и грязь. Но почвы поддерживают 95% нашего производства продуктов питания. Они хранят более чем в два раза количество углерода, чем биосфера и атмосфера вместе взятые.

Читать далее: Обращаются как с грязью: городская почва часто упускается из виду как ресурс

Мы хотим показать, что, закапывая чайную ложку в землю, вы раскапываете верховья захватывающего секретного мегаполиса, в котором есть четверть видов Земли. Милые организмы в вашей ложке не грязные: они незаметно предоставляют жизненно важные экосистемные услуги, которые поддерживают все живое на земле. Эти жители города-почвы в срочном порядке лучшей защиты.

Автор: Эдит Хаммер — доцент кафедры биологии Лундского университета Разговор

Add a Comment