Экология и биогеография почвенных грибов и архей: методология, разнообразие и распространение

Методологическая эволюция в изучении грибных сообществ. Почвенный микробиом формируется тремя ключевыми доменами: бактериями, грибами и археями. Исторически изучение почвенных грибов, подобно ранней бактериальной экологии, опиралось на методы культивирования или наблюдения за макроскопическими плодовыми телами. Эти подходы создавали существенную систематическую ошибку, поскольку культивируемой оказывалась лишь незначительная часть видов, а многие грибы не образуют видимых репродуктивных структур. Эволюция методологии изучения грибных сообществ повторяет общую хронологию, представленную на рис. 7.1, и привела к признанию парадигмы о доминировании немногочисленных распространённых видов и наличии длинного «хвоста» редких таксонов.

Функциональное разнообразие и экологическая роль грибов. С функциональной точки зрения почвенные грибы исключительно разнообразны. Большинство из них действуют как сапротрофы, разлагая мёртвое органическое вещество. Значительная часть представляет собой паразитов, вызывающих заболевания растений и животных. Также многие грибы вступают в мутуалистические симбиозы, такие как микориза, или существуют в качестве бессимптомных эндофитов. Грибы растут в виде одноклеточных дрожжей или образуют нитевидные гифы, которые, ветвясь, формируют обширные сети — мицелий. Мицелиальные системы могут достигать гигантских размеров; видимые проявления крупных индивидуумов, так называемые «ведьмины кольца» на лугах, демонстрируют advancing фронты мицелия (рис. 7.2). Отдельные особи могут занимать сотни гектаров и существовать тысячелетиями, а биомасса гиф в лесных почвах достигает 700-900 кг/га.

Рис. 7.2: «Волшебное» кольцо, образованное плодовыми телами грибов на периферии растущего мицелия.

Современные представления о биогеографии грибов. Благодаря мелким и адаптированным к переносу спорам долгое время господствовало мнение, что распространение грибов соответствует гипотезе «всё везде». Однако современные молекулярные исследования опровергают эту точку зрения, выявляя чёткие географические и генетические паттерны. Научные работы документируют послеледниковые миграции, например, распространение на север трюфеля Tuber melanosporum. Ещё более древние закономерности, связанные с дрейфом континентов и фрагментацией популяций между Евразией и Северной Америкой, указывают на генетическую изоляцию и видообразование, что противоречит идее неограниченного расселения.

Археи: от экстремофилов к ключевым почвенным организмам. Археи представляют собой третий домен одноклеточных прокариотических организмов. Хотя внешне они схожи с бактериями, фундаментальные отличия в генетике, метаболизме и клеточной структуре, включая уникальные липиды мембран, свидетельствуют об их независимой эволюции. Это привело к принятию трёхдоменной системы жизни: Бактерии, Археи, Эукариоты. Первоначально считавшиеся исключительно экстремофилами, археи сейчас признаны повсеместно распространёнными, в том числе в почвах, где они могут составлять до 20% микробной биомассы.

Экологическая функция и биогеография архей. Археи играют критически важную роль в глобальных биогеохимических циклах, осуществляя ключевые превращения углерода, азота и серы. Исследования показывают, что распространение многих архей ограничено, а структура их сообществ может различаться даже в соседних местообитаниях, например, в различных горячих источниках. Это свидетельствует против гипотезы повсеместного распространения и подчёркивает важность локальных экологических фильтров и исторических процессов в формировании микробной биогеографии, углубляя наше понимание правил, управляющих невидимым большинством планеты.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Rebekka Artz, The Macaulay Land Use Research Institute, UK Dimos Anastasiou, Bio4met, Greece Dominique Arrouays, L’Institut National de la Recherche Agronomique, France Ana Catarina Bastos, Cranfield University, UK Anna Bendetti, Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante.

Источник: European Atlas of Soil Biodiversity.

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам биологических и экологических специальностей, почвоведам, экологам-практикам, а также всем, кто интересуется основами почвенного биоразнообразия и функционирования наземных экосистем.