Считается, что во всем мире почвенные микроорганизмы поддерживаются в основном источниками органического углерода. Известно так же, что некоторые бактерии потребляют неорганические источники энергии, такие как следовые газы, но они считаются редкими членами сообщества, за исключением некоторых олиготрофных почв.
Ученые из Университета Монаша объединили метагеномный и биогеохимические подходы и моделирование для определения того, как микробные сообщества почвы удовлетворяют потребности в энергии и углероде. Анализ 40 метагеномов и 757 производных геномов показал, что более 70% таксонов почвенных бактерий кодируют ферменты, потребляющие неорганические источники энергии.
Бактерии из 19 типов кодируют ферменты, которые используют газообразные примеси водорода и окись углерода в качестве дополнительных доноров электронов для аэробного дыхания. Кроме того, исследователи выделили четвертый тип (Gemmatimonadota), потенциально способный к аэробной метанотрофии.
В соответствии с метагеномным профилированием, сообщества в почвенных профилях из различных мест обитания быстро окисляли водород, окись углерода и, в меньшей степени, метан ниже атмосферных концентраций.
Термодинамическое моделирование показало, что энергии, генерируемой окислением этих трех газов, достаточно для удовлетворения потребностей в обслуживании бактериальных клеток, способных их потреблять.
Различные бактерии также кодируют ферменты, которые используют следовые газы в качестве доноров электронов для поддержки фиксации углерода. В целом, эти результаты показывают, что следовое окисление газа дает большое селективное преимущество в почвенных экосистемах, где наличие предпочтительных органических субстратов ограничивает рост микробов.
Таким образом исследование показало, что почти все главные группы почвенных бактерий способны добывать энергию не только из сложных органических соединений, но и из угарного газа, водорода и метана, которые есть в воздухе. До сих пор считалось, что среди почвенных бактерий так делают очень немногие. Оказалось, что наоборот – очень многие. более чем у 70% почвенных бактерий есть ферменты, позволяющие им управляться с угарным газом и водородом как с едой. Исследователям удалось также обнаружить группу метанотрофных бактерий, которые способны жить исключительно на метане.
Подробнее см.: здесь (Наука и жизнь, Воздух на обед)
Наблюдение за тем, что неорганические источники энергии могут поддерживать большинство почвенных бактерий, также имеет широкое значение для понимания химии атмосферы и микробного биоразнообразия в меняющемся мире.
