Изменение климата и загрязнение окружающей среды являются основными проблемами для человечества, которые влияют на наземные экосистемы и многочисленные экосистемные услуги, возможно, в направлении необратимых изменений (МГЭИК, 2018 г.) и за их пределы . Однако существуют также как положительные, так и отрицательные отзывы от наземных систем о климате и изменении окружающей среды, и здесь микробы играют центральную роль . Несмотря на фундаментальное значение микробов в функционировании почв и нашей планеты, их редко рассматривают в моделях глобальной земной системы, прогнозах МГЭИК, сохранении биоразнообразия или даже в рамках глобальных целей устойчивого развития. Недавно ряд ученых составили консенсусное заявление структура движения Альянса мировых ученых выступая за признание важности микробов для биосферы и человечества и включение микробиологии во все предстоящие общественные вызовы , включая глобальную деградацию почв и связанные с этим последствия для пищи производство. Микробные сообщества играют центральную роль, когда речь идет об изменении климата и окружающей среды, поскольку они играют фундаментальную роль в биогеохимических циклах, и они особенно важны для большого числа реакций и путей трансформации в циклах углерода и азота . Эти циклы взаимосвязаны и влияют на первичное производство, например, путем определения наличия питательных веществ для растений и регулирования количества чистого накопления органического углерода в почве и выбросов парниковых газов, таких как метан и закись азота. Оглядываясь назад на открытия и разработки в области круговорота углерода и азота, в последнее десятилетие были обнаружены несколько новых путей и основных участников, задействованных в циклировании этих элементов, что подчеркивает непостижимый взгляд на состав и функционирование экологических микробных сообществ. Тем не менее, огромный прогресс был достигнут в ключевых «слепых точках» в нашей области. Используя традиционные, но также и новые, метагеномические методы выделения и обогащения, в сочетании с большим терпением, новые микробы, играющие выдающуюся роль в биогеохимическом цикле, были выделены или обогащены. В углеродном цикле загадочная рисовая группа 1, содержащая метаногены, ответственные за большую часть метана, выделяемого из рисовых полей во всем мире, была выделена и описана таксономически , как и метаноген , который несет исключительную ответственность за выработку метана в оттаивающих почвах вечной мерзлоты . В последние годы была поставлена под сомнение догма о том, что только археи могут продуцировать метан и только в бескислородной среде, что подтверждается недавним открытием цианобактерий, продуцирующих метан, который достиг максимума при фотосинтетической выработке кислорода . Напротив, деградация метана, которая ранее предполагалась в значительной степени происходящей в кислородных условиях в наземных системах, теперь, как известно, возможна без кислорода, используя кислород, образующийся в результате дисмутации NO кандидатом Methylomirabilis oxyfera , или нитрат или железо в качестве акцептора электронов по Candidatus Methanoperedens nitroreducens. Последнее подчеркивает, что между элементными циклами могут быть еще неизвестные связи. Исследования, проведенные после открытия этих новых путей в глобальном метановом цикле, показали, что они также имеют большое значение для окружающей среды . Микробы, окисляющие атмосферный метан в горных почвах (так называемые «высокоаффинные» метанотрофы), также подвергались лабораторной изоляции и их можно было увидеть под микроскопом после почти 30-летней охоты. Оказалось, что это виды, тесно связанные с представителями рода Methylocapsa, способными расти как на атмосферных уровнях, так и на высоких концентрациях метана . Организмы, кажется, получают энергию, потребляя водород и СО, которые затем генерируют восстановительные эквиваленты для атмосферного окисления метана. Это открытие радикально меняет наши идеи в этой области и дает возможность микробам экспериментировать, чтобы разобраться в контроле за окружающей средой этой соответствующей климату реакции. Фундаментальные скачки в понимании роли микробов также достигнуты в отношении потоков CO2 в атмосферу. как секвестрация углерода в почве . Лесным почвам было уделено особое внимание, и недавние исследования показывают, что микоризный мицелий способствует накоплению углерода как за счет выделения углерода в почву, так и за счет медленного разложения стенок эрикоидных микоризных клеток . Однако было показано, что некоторые эктомикоризные грибы активно разлагают органическое вещество почвы и тем самым способствуют потерям CO2. Таким образом, Состав грибов и различия в их функциях в почве могут оказывать влияние на потоки CO2. В сельскохозяйственных почвах роль микробов для накопления и стабилизации углерода становится все более узнаваемой , а также роль грибов в этом вопросе . Интересно, что кажется, что увеличение численности и разнообразия разлагающих веществ, первоначально приводящих к увеличению скорости разложения, приведет к увеличению запасов органического углерода в почве в долгосрочной перспективе, поскольку это, в основном, микробная некромасса, которая вносит вклад в органическое вещество почвы с длительным временем пребывания . Как метан и CO2, закись азота в парниковых газах также производится и восстанавливается микробами, и все большее внимание уделяется микробам, которые снижают содержание закиси азота из-за ее потенциала для уменьшения выбросов. Здесь неденитрифицирующие восстановители закиси азота представляют особый интерес, поскольку они могут действовать как поглотители и уменьшать закись азота, образующуюся другими микробами . В цикле азота становится все более очевидным, что многие микробы проявляют большая метаболическая гибкость, чем считалось ранее, и она может выполнять несколько процессов превращения азота . Например, окисляющие аммиак археи Nitrososphaera gargensis могут получать энергию от цианата и нитритного окислителя Nitrospira moscoviensis, как было показано, растут аэробно с использованием водорода и могут также окислять органические кислоты при дыхании нитратов . Последнее показывает, что азотный цикл является модульным, и конкретный организм может участвовать в различных путях. Конкретные пути также являются высоко модульными, что подтверждается путями денитрификации и нитрификации, что приводит к сетям взаимодействующих организмов . Однако идея о том, что нитрификация - это всегда двухэтапный процесс, осуществляемый двумя разными организмами, была оставлена в 2015 году, когда была охарактеризована van Kessel et al., 2015 первая бактерия, способная к полному окислению аммиака (комамокс) до нитрата, Nitrospira inopinata. , хотя существование комаммокса ожидалось почти десять лет назад . Помимо приведенных выше примеров, существуют другие, а также несколько еще не обнаруженных реакций превращения азота, в которых микробы могут использовать преимущества, и некоторые из них возможны в качестве альтернативных реакций с использованием известных ферментов . В целом это говорит о том, что мы можем ожидать новых открытий и усложнения в рамках постоянно захватывающего азотного цикла.
Часть 2
https://zen.yandex.ru/media/id/5ea2f260d67c8c6495b6ddfc/osnovnye-problemy-v-nazemnoi-mikrobiologii-perehod-ot-desiatiletnego-progressa-v-oblasti-mikrobnoi-biogeohimii-chast-2-5eac65692027132c419e0062?from=editor
