Ученые обнаружили слой бактерий, поглощающих углекислый газ, в симбиозе с деревьями

Новости МирТесен

Согласно новым исследованиям, кора деревьев функционирует как крупномасштабный биохимический комплекс, ежегодно осуществляющий переработку миллионов тонн газов, содержащихся в атмосфере. Стало известно, что на поверхности стволов обитают бактериальные сообщества, которые изменяют роль деревьев, превращая их из простых накопителей углерода в активные фильтры, удаляющие водород и метан.

Деревья традиционно считаются резервуарами углерода, поскольку они поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Тем не менее, значение коры, как части поверхности дерева, долгое время оставалось без внимания. Исследователи воспринимали стволы как неактивные каналы, по которым газы, содержащиеся в почве, такие как метан из болот, поднимаются и попадают в атмосферу.

Общая площадь коры всех деревьев на планете достигает приблизительно 143 миллиона квадратных километров, что сопоставимо с суммарной площадью всех континентов. Исследователи, опубликованного в журнале Science, в целях определения влияния данной обширной территории на концентрацию парниковых газов в атмосфере планеты, было принято решение провести соответствующее исследование.

Исследователи провели экспедицию в австралийские леса, где на стволах деревьев установили герметичные камеры, соединенные с газоанализаторами. В режиме реального времени отслеживалось изменение концентрации различных газов. Также в лабораторию доставили образцы коры, поместив их в изолированные емкости. В эти емкости подавали метан, водород и угарный газ, чтобы наблюдать за скоростью их разложения под воздействием микроорганизмов. Одновременно ученые проводили генетический анализ для определения численности микрофлоры коры и выявления генов, отвечающих за метаболизм указанных веществ.

Результаты анализа продемонстрировали высокую биологическую активность коры: на одном квадратном метре может обитать до шести триллионов бактерий. Это значение лишь в четыре раза меньше, чем аналогичный показатель для почвы, но в 200 раз превышает концентрацию микроорганизмов в воде, присутствующей в этих же лесах. Генетическое исследование выявило, что микробы, колонизирующие кору, не являются случайными пришельцами из почвы, а образуют специфическое, специализированное сообщество, отличающееся от того, что обитает в почве или воде поблизости.

Микробное сообщество (рассмотренное на примере чайного дерева Melaleuca) включает представителей десяти бактериальных типов, однако наибольшее распространение получили три семейства: Acidobacteriaceae (составляют 31,6% от всей микрофлоры и предпочитают кислый pH, Mycobacteriaceae (и обладающие высокой устойчивостью, а также способностью расщеплять сложные органические соединения, что составляет (17,4 Acetobacteraceae (5,9%) — уксуснокислые бактерии, которые обычно вовлечены в процессы брожения. Этот род является наиболее распространенным и составляет 23,2% от общей численности сообщества, Terracidiphilus, обладает комплексом ферментов, необходимых для метаболизма с использованием водорода, угарного газа и метанола.

Исследования продемонстрировали, что микроорганизмы, обитающие в коре деревьев, обладают способностью к активному поглощению метана. В болотистых лесах, где деревья извлекают метан из грунта, бактерии, расположенные на коре, могут перехватить и окислить примерно треть объема этого парникового газа, предотвращая его попадание в атмосферу.

Оказалось, что корабль также потребляет водород. Бактерии используют его в качестве источника энергии. Водород сам по себе не является парниковым газом, однако он опосредованно способствует усилению глобального потепления. В атмосфере водород вступает в реакцию с гидроксильными радикалами (—OH), что приводит к разрушению метана.

При высокой концентрации водорода в атмосфере он вступает в реакцию с радикалами, а не с метаном. Это приводит к тому, что метан сохраняется в атмосфере дольше, оказывая более сильное влияние на повышение температуры планеты. Бактерии, обитающие в коре деревьев, поглощая водород, способствуют увеличению количества радикалов и сокращению времени жизни метана в атмосфере. Согласно расчетам, представленным в научной работе, деревья ежегодно удаляют до 1,6 миллиона тонн водорода.

Однако, у этой технологии есть и свои недостатки. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что система функционирует исключительно в присутствии кислорода. В случае увлажнения коры, например, во время сезона дождей, микроорганизмы переходят в анаэробную фазу и начинают самостоятельно производить метан и водород.

Деревья оказывают гораздо более комплексное влияние на климат, чем просто выступая в роли «резервуаров древесины». Кора деревьев функционирует как огромный биореактор, регулирующий состав атмосферы, причем эффективность этого процесса непосредственно определяется микробными сообществами, населяющими поверхность стволов.