Биотические vs. экологические факторы контроля микробного разложения органического вещества мерзлых грунтов

> АННОТАЦИЯ

Перенасыщение многолетней мерзлоты освобождает древнюю органику от микробной деградации, что прогнозируется выбросом глобально значимых количеств парниковых газов в атмосферу. Несмотря на ключевую роль микроорганизмов в этих процессах, относительная значимость биотических факторов (таксоновый состав и функциональная структура сообщества) и абиотических условий (например, физико-химические свойства почвы) неизвестна, равно как и характер их взаимодействия. В рамках экспериментального исследования, проведенного вблизи Фэрбанкса, Аляска, в Лаборатории холодных регионов и инженерных исследований, мы искусственно разделили влияние физико-химических свойств почвы и микробиологических сообществ в условиях реального таяния мерзлоты. Для моделирования процесса таяния были взяты образцы активного слоя почвы, голоценового (2 тыс. лет назад) и плейстоценового (40 тыс. лет назад) мерзлых грунтов, подвергшиеся стерилизации, засеву различными микробиологическими сообществами, помещены в герметичные мембранные мешки размером 0,22 м и захоронены в активном слое почвы. После двух недель и двух месяцев таяния извлеченные мешки проанализировали методами секвенирования ампликонов гена 16S рРНК и ITS2, метагеномики, а также методом молекулярного анализа состава органического вещества (FT-ICR МС). Было установлено, что почва оказывает значительно большее воздействие на бактериальное сообщество и набор генов, чем исходный посев микроорганизмов. Последствия посева проявлялись сильнее и дольше влияли на структуру сообщества, нежели на функциональные возможности. Плейстоценовая мерзлота изначально содержала примерно в одиннадцать раз больше растворенного органического углерода, чем другие почвы, была обогащена органическим веществом, происходящим из некромассы микроорганизмов и низкомолекулярных органических кислот. Во время таяния этот углерод быстро истощался, а характеристики состава органического вещества становились всё ближе к активным слоям и голоценовым мерзлым грунтам, параллельно изменениям функциональных профилей генов и структуры бактерий плейстоценовой мерзлоты, приближаясь к характеристикам других почв. Таким образом, исследование проливает новый свет на уязвимость органического вещества перед воздействием микробов.