Biocrust entre uno de sus muchos hábitats naturales, tomado a unas 20 millas del sitio de muestreo (cerca del Arco Corona, Moab, UTAH). Crédito:Tami Swenson
Tierras áridas que cubren alrededor del 40 por ciento de la superficie terrestre de la Tierra, son demasiado secos para sostener mucha vegetación. Pero lejos de ser estéril, son el hogar de diversas comunidades de microorganismos, incluidos hongos, bacterias y arqueas, que habitan juntas en los milímetros superiores del suelo. Estas costras biológicas del suelo, o biocostras, puede existir durante períodos prolongados en un lugar desecado, estado latente. Cuando llueve los microbios se vuelven metabólicamente activos, poner en marcha una cascada de actividad que altera drásticamente tanto la estructura de la comunidad como la química del suelo.
"Estas biocostras y otros microbiomas del suelo contienen una enorme diversidad de microbios y moléculas pequeñas ('metabolitos'). Sin embargo, la conexión entre la diversidad química del suelo y la diversidad microbiana es poco conocida, "dijo Trent Northen, científico principal del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab).
En un artículo publicado el 2 de enero, 2018, en Comunicaciones de la naturaleza , Los investigadores de Berkeley Lab dirigidos por el laboratorio de Northen informan que compuestos específicos son transformados y fuertemente asociados con bacterias específicas en la corteza biológica nativa del suelo (biocorteza) utilizando un conjunto de herramientas que Northen llama "exometabolómica". Comprender cómo las comunidades microbianas en las biocostras se adaptan a sus entornos hostiles podría proporcionar pistas importantes para ayudar a arrojar luz sobre el papel de los microbios del suelo en el ciclo global del carbono.
El trabajo sigue a un estudio de 2015 que examinó cómo compuestos específicos de moléculas pequeñas llamados "metabolitos" se transformaron en una mezcla de aislados bacterianos de muestras de biocorteza cultivadas en un medio de metabolitos del mismo suelo. "Descubrimos que los microbios que investigamos eran" quisquillosos "para comer, ", Dijo Northen." Pensamos que podríamos usar esta información para vincular lo que se consume con la abundancia de microbios en la comunidad intacta, vinculando así la biología con la química ".
La biocorteza se mantiene unida principalmente por exopolisacáridos producidos por la cianobacteria filamentosa, M. vaginatus. Las muestras del campo se recolectaron en placas de Petri. En el laboratorio, fueron retirados de los platos, cortar y colocar en placas de pozos múltiples antes de agregar agua. Crédito:Tami Swenson
En el nuevo estudio, Los investigadores se propusieron determinar si las relaciones entre microbios y metabolitos observadas en el sistema simplificado de tubos de ensayo podrían reproducirse en un entorno de suelo más complejo. Las biocostras de la misma fuente, que representan cuatro etapas sucesivas de maduración, estaban húmedas, y se tomaron muestras del agua del suelo en cinco momentos. Las muestras se analizaron mediante cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS) para caracterizar la composición del metabolito ("metabolómica"), y se extrajo ADN de biocorteza para la secuenciación de escopeta para medir marcadores genéticos de copia única para las especies de microbios dominantes ("metagenómica").
"Cuando comparamos los patrones de absorción y producción de metabolitos de bacterias aisladas que están relacionadas con los microbios más abundantes que se encuentran en las biocostras, encontramos eso, emocionante, estos patrones se mantienen, ", dijo Northen. Es decir, el aumento de la abundancia de un microbio dado se correlaciona negativamente con los metabolitos que consumen y se correlaciona positivamente con los metabolitos que liberan.
Cuando está activo, las biocortezas absorben dióxido de carbono atmosférico y fijan nitrógeno, contribuyendo a la productividad primaria del ecosistema. También procesan materia orgánica en el suelo, modificar propiedades clave relacionadas con la fertilidad del suelo y la disponibilidad de agua.
Se agregó agua regular para imitar un evento de lluvia. Los microbios de la biocorteza se vuelven metabólicamente activos inmediatamente después de humedecerse. Como se ve aquí, M. vaginatus se vuelve verde y libera oxígeno. Crédito:Tami Swenson
"Este estudio sugiere que los estudios de laboratorio del procesamiento de metabolitos microbianos pueden ayudar a comprender el papel de estos microbios en el ciclo del carbono en el medio ambiente. Este estudio nos acerca a comprender las complejas redes tróficas que son vitales en la dinámica de los nutrientes y la fertilidad general del suelo. "dijo la primera autora del estudio, Tami Swenson, un asociado de ingeniería científica en el grupo de Northen dentro de la División de Genómica Ambiental y Biología de Sistemas (EGSB) del Área de Biociencias del Laboratorio de Berkeley.
El grupo de Northen está trabajando actualmente en la expansión de estos estudios para capturar una fracción mayor de diversidad microbiana. Por último, esto puede permitir la predicción del ciclo de nutrientes en ecosistemas microbianos terrestres, y quizás incluso manipulación añadiendo metabolitos específicos.
