Forskare som studerar jordar arbetar hårt för att hjälpa oss förstå vad som händer under våra fötter. Det ser ut som att en del av det som händer liknar det som händer ovan jord, bara i mikroskopisk skala, med rovdjur som jagar och äter bytesdjur. Även om vi har känt till dessa interaktioner, vet vi nu att det är en del av pusselbiten som beskriver hur kol rör sig genom jorden. Tack till Kate Petersen från NAU:s Center for Ecosystem Science and Society för denna intressanta artikel.
Rovbakterier - bakterier som äter andra bakterier - växer snabbare och förbrukar mer resurser än icke-rovdjur i samma jord, enligt en ny studie från Northern Arizona University. Dessa aktiva rovdjur, som använder vargflockliknande beteende, enzymer och "huggtänder" i cytoskelett för att jaga och kalasa på andra bakterier, har viktig makt när det gäller att avgöra vart markens näringsämnen tar vägen . Resultaten av studien, publicerade denna vecka i tidskriften mBio , visar predation en viktig dynamik i det vilda mikrobiella riket och antyder att dessa predatorer spelar en överdriven roll i hur element lagras i eller frigörs från marken.
Liksom alla andra livsformer på jorden tillhör bakterier invecklade näringsnät där organismer är kopplade till varandra genom vad de konsumerar och hur. I makronät har ekologer länge förstått att när resurser som gräs och buskar läggs till lägre nivåer av nätet, gynnas ofta rovdjur på toppen, såsom vargar. Forskargruppen, ledd av Bruce Hungate och andra forskare från Northern Arizona University och Lawrence Livermore Laboratory, ville testa om detsamma gällde i de mikrobiella näringsnäten som finns i vild jord.
"Vi har vetat att predation spelar en roll för att upprätthålla markens hälsa, men vi förstod inte hur betydelsefulla rovdjursbakterier är för dessa ekosystem tidigare", säger Hungate, som leder NAU:s centrum för ekosystemvetenskap och samhälle.
För att förstå vad och hur mycket rovdjursbakterier som konsumerade, sammanställde forskargruppen en helhetsbild med hjälp av dussintals mindre data "snapshots:" 82 uppsättningar data från 15 platser i en rad ekosystem. Teamet använde information om hur bakterier beter sig i kultur för att kategorisera bakterier som obligatoriska eller fakultativa rovdjur. Cirka 7 procent av alla bakterier i metaanalysen identifierades som rovdjur, och majoriteten av dessa var fakultativa eller allätare.
Obligatoriska rovbakterier som Bdellovibrionales och Vampirovibrionales växte 36 procent snabbare och tog upp kol 211 procent snabbare än icke-rovdjur. När marken fick en boost av kol använde rovdjursbakterier det för att växa snabbare än andra typer. Forskare såg dessa effekter även hos de allätande bakterierna, även om skillnaderna var mindre djupgående.
Alla experimenten utfördes med hjälp av en toppmodern teknik som kallas kvantitativ stabil isotopprobning, eller qSIP. Forskare använde märkta isotoper, som fungerar lite som molekylära hashtags, för att spåra vem som är aktiv och tar upp näringsämnen i jorden. Genom att sekvensera DNA i ett jordprov och leta efter dessa etiketter kunde teamet se vem som odlade och åt vem på nivån med bakteriell taxa.
"När jag analyserade mina data märkte jag att Vampirovibrio var superberikad. Eftersom vi känner till Vampirovibrio är ett rovdjur, blev jag intresserad av att leta efter andra potentiella rovdjur i mina andra data”, säger Brianna Finley, en postdoktor vid University of California-Irvine och medförfattare till studien. "Att vi kunde fånga upp dessa signaler validerar verkligen qSIP som ett verktyg."
Denna 42 sekunder långa video beskriver hur Vampirovibrio fäster vid sitt byte och "suger" näringsämnena från det. Detta "vampyrliknande" beteende gav den dess namn.
Markekosystem innehåller mer kol än vad som lagras i alla växter på jorden, så att förstå hur kol och andra element rör sig bland markorganismer är avgörande för att förutsäga framtida klimatförändringar. Eftersom det finns så många bakterier i marken har de en enorm roll i hur näringsämnen lagras eller går förlorade, och att lära sig mer om hur rovdjursbakterier fungerar som "antibiotika" kan ha terapeutiska konsekvenser längre fram.
"Fram till nu har rovbakterier inte varit en del av den jordberättelsen," sa Hungate. "Men den här studien tyder på att de är viktiga karaktärer som har en betydande roll för att avgöra ödet för kol och andra element. Dessa fynd motiverar oss att ta en djupare titt på predation som en process.”
_________________
Förutom Hungate är de andra NAU-författarna Jane Marks, professor vid institutionen för biologiska vetenskaper; Egbert Schwartz, professor vid institutionen för biologiska vetenskaper; forskarassistent Pete Chuckran, Paul Dijkstra, forskningsprofessor vid institutionen för biologiska vetenskaper; doktorand Megan Foley; Michaela Hayer, forskningsassistent för Ecoss; Ben Koch, senior forskare för Ecoss; Michelle Mack, professor vid institutionen för biologiska vetenskaper; Rebecca Mau, forskningsassistent, Pathogen &Microbiome Institute; Samantha Miller, forskningsassistent för Ecoss; Jeff Propster, forskningsassistent för Ecoss; forskarassistent Alicia Purcell; och före detta NAU-forskaren Bram Stone.
Forskningen stöddes av Department of Energy's Office of Biological and Environmental Research Genomic Sciences Program och ett Lawrence Fellow-utmärkelse från Lawrence Livermore National Laboratory.
