Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Yeni bir yöntem kullanarak biyolojik toprak kabuğundaki mikrobiyal aktiviteyi su verildikten sonra tespit etme, Penn State önderliğindeki bir araştırma ekibinin yeni bir çalışmasında, bu küçük organizmaların ve oluşturdukları mikrobiyomların dünya genelinde birçok yarı kurak ekosistemin üzerinde yaşayan bir deri oluşturmadaki rolünü daha iyi anlamamıza yol açacak ipuçları buldu. Bu mikroorganizmalar ve oluşturdukları mikrobiyomlar, iklim değişikliği tarafından tehdit ediliyor.

Araştırmacılar bulgularını Microbiology Frontiers dergisinde yayımladılar.

"Tıbbi toprak kabuğu şu anda Dünya'nın karasal yüzeyinin yaklaşık %12'sini kaplamaktadır ve iklim değişikliği ve arazi kullanım yoğunluğu nedeniyle önümüzdeki 65 yıl içinde yaklaşık %25 ila %40 azalmasını bekliyoruz," diyen takım lideri Estelle Couradeau, Penn State toprak ve çevresel mikrobiyoloji yardımcı profesörü, dedi. "Bu çalışmanın, mikrobiyal işlevleri anlama konusunda yol açmasını umuyoruz; bu işlevler, biyokrustların hızla değişen iklim desenlerine ve daha sık görülen kuraklıklara dayanıklılığını destekliyor."

Biyolojik toprak kabukları, topraklarda kalıcı, iyi düzenlenmiş bir yüzey tabakası oluşturan organizmaların topluluklarıdır. Yaygın olarak bulunurlar, su eksikliği nedeniyle yaygın bitki büyümesinin sınırlı olduğu tüm kıtalarda, ışığın çıplak toprağa ulaşmasına izin verirler. Ancak hala mikroorganizmaların büyümesini desteklemek için yeterli su vardır; bunlar hava ve toprağı karbondioksit ve azot alarak ve bunları toprakta düzelterek değerli ekosistem hizmetleri sağlarlar, besin maddelerini geri dönüştürür ve toprak parçacıklarını bir arada tutarlar, bu da toz oluşumunu engellemeye yardımcı olur.

Bu toprağı stabilize eden işlev, toprağın toz haline gelmeden önce pıhtılaşması ve parçalanmaması için olanak sağlayarak erozyonu büyük ölçüde azaltır, Couradeau'ya göre oldukça önemlidir. Araştırma grubu, şu anda Penn State Tarım Bilimleri Fakültesi'nde olan biyokrustları on yıl boyunca yoğun bir şekilde çalışmaktadır.

"Çoğu toz kuru alanlarda oluşur ve çalışmalar, biyokrustların kuru alanlardaki varlığının atmosfere ulaşacak toz miktarını büyük ölçüde azalttığını gösteriyor," dedi. "Biyokrustları kaybetmenin, küresel toz emisyonu ve birikiminde %5 ila %15 artışa neden olabileceğini düşünüyoruz; bu da iklimi, çevreyi ve insan sağlığını etkiler."

Biyokrustların var olduğu yarı kurak bölgelerde, organizmalar - minik yosunlar, likenler, yeşil algler, siyanobakteriler, diğer bakteriler ve mantarlar - yıl içinde sadece birkaç yağış veya kar etkinliği yaşayabilirler. Araştırmayı öncülük eden, ekoloji ve biyojeokimya alanlarında Doktora derecesi adayı olan Ryan Trexler, "Toprak kuru olduğunda, çoğu zaman topraktaki mikroorganizmalar hareketsizdir, pek bir şey yapmazlar," dedi. "Ancak suyu hissettikleri anda, çok hızlı bir şekilde canlandırılırlar, saniyeler içinde aktif hale gelirler. Ve toprak tekrar kuru hale gelene kadar aktif bir şekilde klorofil üretirler ve karbon ile azotu düzeltirler - ve ardından mikroorganizmalar tekrar hareketsiz hale gelirler. Her yağmur yağdığında aktivite döngüleri geçirirler."

Biyokrustları incelemek için araştırmacılar, Utah'ın Moab bölgesine yakın Colorado Platosu'ndaki üç ayrı yerden, siyanobakteri baskın biyokrustların örneklerini aldılar. Biyokrust örnekleri, mikroorganizmaları etkinleştiren bir yağmuru takiben sonbaharda alındı. Örnekler daha sonra kurutuldu ve karanlık bir ortamda depolandı, ardından daha sonra yeniden sulandı.

"Tıbbi toprak kabuğu, çok kuru bir çöl olarak adlandırdığımız bir alandır ve kışın bazen kar yağar," dedi Trexler. "Yani, diğer kurak yerler kadar sıcak değil, ancak yine de bitkiler orada yetişemez çünkü yeterli su yoktur. Ve böylece, sitedeki topraklarda bulduğumuz tek topluluk mikrobiyaldir."

Topluluk içinde hangi mikroorganizmaların aktif olduğunu belirlemek için araştırmacılar, biyorthogonal olmayan kanonik amino asit işaretleme olarak da bilinen BONCAT'ı, floresanla etkinleştirilen hücre sıralamasıyla birleştirdi. BONCAT, topluluklar ve bütün organizmalar içinde tek hücre düzeyinde protein sentezini izlemek için güçlü bir araçtır, floresanla etkinleştirilen hücre sıralaması ise hücreleri yeni protein üretip üretmediklerine göre sıralar.

Araştırmacılar, bu süreçleri, biyokrust örneklerinde bulunan tüm organizmalardaki tüm genleri kapsamlı bir şekilde örneklemelerine izin veren shotgun metagenomik dizileme ile birleştirdiler. Bu yöntemi, simüle edilmiş bir yağmur etkinliği ile canlandırılan bir biyokrust topluluğundaki etkin ve etkisiz mikroorganizmaların çeşitliliğini ve potansiyel işlevsel yeteneklerini profillemek için uyguladılar. Araştırmacılar, yeni yaklaşımlarının sulandırılmış biyokrustlardaki aktif ve etkisiz mikroorganizmaları ayırt edebileceğini buldular.

Biyokrust topluluğunun etkin ve etkisiz bileşenleri, ıslatma etkinliğinden sonra dört saat ve 21 saat sonra tür zenginliği ve kompozisyonunda farklılık gösterdi, araştırmacılar bildirdi.

Araştırmaya katkıda bulunanlar arasında Marc Van Goethem, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve King Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, Cidde, Suudi Arabistan; Danielle Goudeau, Nandita Nath, Trent Northen ve Rex Malmstrom, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı, ABD Enerji Bakanlığı Ortak Genom Enstitüsü yer almaktadır.

Özetle : Bu çalışma, biyolojik toprak kabuklarının önemini ve iklim değişikliği gibi faktörlerin onların dayanıklılığına nasıl etki ettiğini anlamak için ilginç bir yaklaşım sunuyor. Araştırmanın temel amacı, bu küçük mikroorganizmaların ve mikrobiyomların yeryüzünün dengesini nasıl koruduğunu ve iklim değişikliği gibi tehditlere karşı nasıl direndiklerini daha iyi anlamaktır. Bu çalışma, ekosistemlerin gelecekteki sağlığı ve sürdürülebilirliği açısından önemli bir bilgi sağlayabilir.

Kaynak: eurekalert.org