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わかりました！ 最初の著者であるステファニー・インミンガーとディミトリ・マイヤーは、イスラエルのネゲブ砂漠でバイオクラストをサンプリングしています。 クレジット: S. Imminger および DV Meier
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最初の著者であるステファニー・インミンガーとディミトリ・マイヤーは、イスラエルのネゲブ砂漠でバイオクラストをサンプリングしています。 クレジット: S. Imminger および DV Meier
長期にわたる干ばつの後に突然の雨が降る――砂漠の土壌バクテリアはどのようにしてそのような過酷な条件を生き延びるのでしょうか? この長年議論されてきた疑問は、ウィーン大学微生物・環境システム科学センター（CeMESS）の微生物学者ダグマー・ウォブケン氏率いるERCプロジェクトによって答えが得られた。
研究により次のことが明らかになりました 砂漠 土壌細菌は、降雨のたびに経験する急速な環境変化に耐えられるように高度に適応しています。 これらの発見は最近、雑誌 Nature Communications に掲載されました。
乾燥地は世界の陸地面積の 46% 以上を占めており、拡大し続けています。 気候変動 しかし、それは持続不可能な土地管理慣行でもあります。 砂漠では植物はめったに見られませんが、地下では目に見えない生命が繁栄しています。 いわゆるバイオクラスト（砂漠の土壌の最上部数ミリメートルからセンチメートル）に存在する微生物は、土壌に炭素と窒素を豊富に与え、また、土壌の汚染を防ぐのにも役立ちます。 土壌浸食 そして水を保持します。 しかし、これらの微生物は、長期間の干ばつにまれに雨が降るという厳しい環境に生息しています。
これまで、このような条件下で重要な生態系機能をどのように維持できるのかは不明でした。 最先端の手法を使用して、 微生物の生態Dagmar Woebken 氏のチームは、これらの土壌における微生物の生態についての洞察を得ました。
砂漠の土壌細菌は休眠状態で長期間の干ばつに耐えますが、降雨に応じて再活性化しますが、降雨は短く、非常にまれです。 研究者らは、イスラエルのネゲブ砂漠の生物地殻で、一種の「オールイン」再活性化戦略を発見した。 細菌は降雨現象を最大限に活用します。この狭い活動範囲内で、土壌微生物の多様性 (および個々の細胞) のほぼすべてが活性化します。
「実験室で降雨現象をシミュレーションすると、最初の15分から30分以内に、ほぼすべての分類群が休止モードから活動モードに切り替わったことが観察されました」と、この研究の共同筆頭著者であるディミトリ・マイヤーは説明する。 「これは砂漠の顕著な特徴です 土壌バクテリア他の種類の土壌と同様に、多くの細菌グループは再活性化するのにはるかに長い時間がかかります。」 再活性化されると、細菌はすぐにエネルギーを生成し始め、ゲノムを修復します。
最初の著者であるステファニー・インミンガーとディミトリ・マイヤーは、イスラエルのネゲブ砂漠でバイオクラストをサンプリングしています。 クレジット: C. ボービン
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最初の著者であるステファニー・インミンガーとディミトリ・マイヤーは、イスラエルのネゲブ砂漠でバイオクラストをサンプリングしています。 クレジット: C. Baubin 乾季のネゲブ砂漠のバイオクラスト。 クレジット: S. Imminger
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乾季のネゲブ砂漠の生物地殻。 クレジット: S. Imminger NanoSIMS でバイオクラスト微生物を分析する Stefanie Imminger と Arno Schintlmeister 。 クレジット: D.Woebken
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NanoSIMS でバイオクラスト微生物を分析する Stefanie Imminger と Arno Schintlmeister。 クレジット: D.Woebken
研究では、研究者らは安定同位体標識水（重水素を含む水）を使って降雨現象をシミュレーションした。 NanoSIMSを使用して、彼らは個々の細胞を調べて、どの細胞に重水素原子が取り込まれているかを調べました。
「このアプローチにより、降雨時に再活性化する生物地殻細胞の割合を明らかにすることができます。また、乾燥した砂漠では多くの場合 1 ～ 2 日しか続かないような短い降雨でも生物地殻細胞が成長できるかどうかを推測することもできます」とステファニー・インミンジャー博士は説明します。 .D. 研究の候補者および共同筆頭著者。
「私たちは、ほぼすべての生物地殻細胞が再活性化するが、このような短い降雨イベントではごく一部の細胞だけが倍増できることを発見しました。」 したがって、生物地殻細胞の大部分は降雨を利用して再生し、次の干ばつに備えることができますが、細胞分裂は起こりません。
「これらのデータは、バイオクラストバクテリアが砂漠で経験する短い活動期間をどのように最適に活用しているかを理解するのに役立ちます。バクテリアは、細胞にとって非常にストレスの多い状況である土壌水分の短期間の変化に耐えるように理想的に適応しています。これにより、バクテリアは生き残ることができます」降雨時の水分含有量の急激な増加とその後の乾燥。
「さらに、多様な微生物群集は即座に再活性化することができるため、数時間から数日以内に休眠状態に戻らなければならない場合に非常に有益です」とこの研究の主任研究員であるダグマー・ウォブケン氏は言う。
この研究の結果は、砂漠地帯だけでなく他の地域にも当てはまります。 気候変動により干ばつの頻度と激しさが増しており、温帯地域の土壌微生物にとって水制限を生き抜く能力はますます重要になるだろう。 砂漠の土壌研究から得られた洞察は、土壌微生物がどのような特徴によってこれらの課題をうまく生き延びているかを理解するのに役立ちます。
詳しくは：
砂漠の微生物群集では、生存と迅速な蘇生により生産性が制限されています、Nature Communications (2024)。 DOI: 10.1038/s41467-024-46920-6
雑誌情報:
ネイチャーコミュニケーションズ
1713344782
#土壌微生物が過酷な砂漠環境でどのように生き延びるかを科学者が発見
2024-04-17 09:00:01