Рядом с очевидными неизвестными в наших знаниях об игроках и путях в биогеохимическом цикле, контексте, как уже подчеркивалось в «Великих вызовах» в 2011 году . Эта проблема подстегнула технологию, и революция omics позволила получить образец пропускной способности, который позволяет оценивать динамику сообщества с высоким разрешением, что требуется для ответа на экологические вопросы в надлежащем пространственном, а также временном разрешении . Функциональный потенциал и признаки некультурных микробов были опрошены беспрецедентным образом, генерируя информацию, ведущую к реконструкции сотен и тысяч извлеченных из окружающей среды геномов, например, вовлеченных в углеродный цикл . Тем не менее, это «цунами» данных также лежит в основе, пожалуй, самой большой проблемы в наземной микробиологии, которая заключается в обработке, интеграции и сравнении данных. Объем и сложность данных привели к появлению огромного количества биоинформационных и биостатистических инструментов, репозиториев и платформ, что серьезно затрудняет интеграцию данных и тщательный рецензирование рукописей из-за нехватки специалистов по биоинформатике. Кроме того, совместимость данных, учитывая отсутствие надлежащего архивирования, связанного с соответствующими метаданными, ограничивает доступность и синтез наборов данных, что приводит к значительному использованию потенциала данных. Учитывая количество и скорость получаемых данных секвенирования, также сомнительно, может ли принятие «лучших методов анализа микробиомов» идти в ногу. На самом деле, простота генерации данных секвенирования привела к возрождению описательных исследований, аналогичных тому, что наблюдалось в 1990 году. Это облегчается такими методами, как DGGE и TRFLP, которые были в моде в то время. Сокращение генерации этого типа в значительной степени избыточных данных само по себе является одной из самых больших проблем. Этот натуралистический тип исследований потребляет ценные ресурсы и отвлекает внимание и усилия от исследований, ведущих к причинно-механистическому пониманию почвенных микробов в свете изменений окружающей среды. Нам необходимо перейти от корреляции к причинно-следственной связи и предоставить данные, которые могут помочь в устойчивом использовании почв, производстве продуктов питания и смягчении последствий изменения климата и загрязнения окружающей среды. Тем не менее, это требует экспериментов с учетом множества факторов в отдельности или в комбинации, выполненных в полевых или модельных системах, допускающих экстраполяцию в сценарии «реального мира». Последнее также потребует одновременной оценки нескольких функций экосистемы в соответствующих микробных масштабах. Имеется многообещающее количество исследований, направленных на достижение этих целей , и разрабатываются методы изучения микробов в их химической / физической почвенной микросреде . Методы маркировки стабильных изотопов достигли уровня количественного включения в ДНК и РНК отдельных таксонов при высоком разрешении и в сочетании с высокопроизводительным секвенированием позволяют оценивать активно взаимодействующие виды, например, в цикле углерода и азота . Масс-спектрометрия NanoSIMS и микроскопия на основе Рамана в сочетании со стабильными изотопами даже открыли способ определения активности отдельных клеток в соответствующих микробных масштабах . Однако задача будет заключаться в том, чтобы разработать эти методы, которые можно было бы адаптировать к высокой пропускной способности выборки. Применение методов машинного обучения в наземной микробиологии обеспечивает возможности исследования данных, которые потребуются для работы с множеством типов данных, полученных в результате многофакторных экспериментов. Функциональные признаки почвенных микробов связаны с циклизацией углерода и азота, а также с физико-физиологическим состоянием почвы. химия, таким образом, предлагая по крайней мере математические инструменты для решения задач интеграции и исследования данных . Бесконечная грандиозная задача в наземной микробиологии - это связь микромасштабных процессов в почвах с ландшафтным масштабом или даже с атмосферой. Прогресс в этой области срочно необходим, учитывая необходимость манипулирования и управления микробиомом почвы, чтобы стать частью решений по восстановлению окружающей среды, смягчению последствий изменения климата и устойчивому ведению сельского хозяйства. Новые подходы к моделированию были разработаны, чтобы связать микромасштабные данные с макромасштабными процессами с использованием механистических индивидуальных моделей почвенно-поровых сетей, позволяющих, например, прогнозировать оттаивание вечной мерзлоты по выбросам метана . Микробная явная информация, такая как покой, стратегии роста, отставание в ответах или адаптация к изменениям окружающей среды были включены в модели глобальной циркуляции, что привело к лучшей оценке секвестрации углерода в почве в условиях изменения климата . Количество деталей, которые могут быть приспособлены этими моделями, все еще ограничено, но новые способы вычисления, скорее всего, решат эти проблемы, облегчая включение сложных наборов данных в прогнозные модели, связывающие масштабы, а также различные уровни биологической организации. Вирусы, бактерии, археи и эукариоты по-прежнему преимущественно изучаются различными научными сообществами как отдельные объекты, хотя мы знаем, что взаимодействия между царствами важны также для биогеохимического цикла и, как таковые, должны изучаться в интегративном путь. Однако, это может быть одной из самых больших проблем, учитывая «культуру на основе организмов» среди ученых в области наземной микробиологии в сочетании с междисциплинарными группами, необходимыми для обеспечения полного дыхания жизни в наземных микробиологических исследованиях. Это особенно актуально, поскольку элементные циклы, катализируемые различными микробными группами, взаимодействуют, что требует комплексных исследований как на таксономическом, так и на функциональном уровне. Азотный и углеродный циклы неизбежно связаны со многими потенциальными негативными и позитивными взаимодействиями между азотными и углеродными циклическими микробами , что в конечном итоге влияет на сельское хозяйство и климат. Недавние результаты, демонстрирующие, что бактерии, потребляющие метан, могут ингибироваться, а также стимулироваться летучими химическими соединениями микробами круговорота углерода , открывают червя на уровне детализации, который необходимо учитывать для получить механистическое понимание фундаментальных взаимодействий на уровне организмов с последствиями для глобальных биогеохимических циклов. Несмотря на многочисленные проблемы в наземной микробиологии и большие пробелы в знаниях, возможно, самая большая проблема из всех состоит в том, чтобы предоставить обществу ответы, необходимые для того, чтобы иметь возможность создавать решения для смягчения экологических проблем и для перехода к устойчивой экономике, и здесь важную роль играют земные среды и их биота. Похож на микробиом человека, важность почвенного микробиома все чаще признается общественностью, политиками и политиками. Импульс для получения ресурсов для исследования заполняет пробелы есть. Перенос значительной части усилий от генофондов и кадастров, основанных на омике, на фундаментальную микробиологию, механистические эксперименты (включая полевые эксперименты) и грамотно разработанные полевые исследования могут облегчить решение некоторых из главных задач.
Часть 1
