I batteri predatori del suolo cacciano come vampiri e lupi, aiutando a spostare il carbonio attraverso il suolo

Gli scienziati che studiano i suoli stanno lavorando sodo per aiutarci a capire cosa succede sotto i nostri piedi. Sembra che parte di ciò che sta accadendo sia molto simile a ciò che accade in superficie, solo su scala microscopica, con i predatori che cacciano e mangiano la preda. Anche se sapevamo di queste interazioni, ora sappiamo che fanno parte del pezzo del puzzle che descrive come il carbonio si muove attraverso il suolo. Grazie a Kate Petersen del Center for Ecosystem Science and Society della NAU per questo interessante articolo.

I batteri predatori, batteri che mangiano altri batteri, crescono più velocemente e consumano più risorse rispetto ai non predatori nello stesso terreno, secondo un nuovo studio della Northern Arizona University. Questi predatori attivi, che usano un comportamento simile a un branco di lupi, enzimi e "zanne" del citoscheletro per cacciare e banchettare con altri batteri, esercitano un potere importante nel determinare dove vanno a finire i nutrienti del suolo . I risultati dello studio, pubblicati questa settimana sulla rivista mBio , mostrano che la predazione è una dinamica importante nel regno dei microbi selvatici e suggeriscono che questi predatori svolgono un ruolo enorme nel modo in cui gli elementi vengono immagazzinati o rilasciati dal suolo.

Come ogni altra forma di vita sulla Terra, i batteri appartengono a intricate reti alimentari in cui gli organismi sono collegati tra loro da ciò che consumano e come. Nelle macro reti, gli ecologi hanno capito da tempo che quando risorse come erba e arbusti vengono aggiunte ai livelli inferiori della rete, i predatori in cima, come i lupi, spesso ne traggono vantaggio. Il team di ricerca, guidato da Bruce Hungate e altri ricercatori della Northern Arizona University e del Lawrence Livermore Laboratory, volevano verificare se lo stesso fosse vero nelle reti alimentari microbiche trovate nel suolo selvaggio.

"Sappiamo che la predazione gioca un ruolo nel mantenimento della salute del suolo, ma prima d'ora non ci rendevamo conto dell'importanza dei batteri predatori per questi ecosistemi", ha affermato Hungate, che dirige il Center for Ecosystem Science and Society della NAU.

Per capire cosa e quanto i batteri predatori stavano consumando, il team di ricerca ha assemblato un quadro generale utilizzando dozzine di dati più piccoli "istantanee":82 serie di dati provenienti da 15 siti in una serie di ecosistemi. Il team ha utilizzato informazioni su come i batteri si comportano in coltura per classificare i batteri come predatori obbligati o facoltativi. Circa il 7% di tutti i batteri nella meta-analisi è stato identificato come predatore e la maggior parte di questi era facoltativa o onnivora.

Batteri predatori obbligati come Bdellovibrionales e Vampirovibrionales è cresciuto del 36% più velocemente e ha assorbito il carbonio del 211% più velocemente rispetto ai non predatori. Quando il suolo riceveva una spinta di carbonio, i batteri predatori lo usavano per crescere più velocemente di altri tipi. I ricercatori hanno visto questi effetti anche nei batteri onnivori, sebbene le differenze fossero meno profonde.

Tutti gli esperimenti sono stati condotti utilizzando una tecnica all'avanguardia chiamata QSIP (quantitative Stable Isotope Probing). I ricercatori hanno utilizzato isotopi etichettati, che agiscono un po' come hashtag molecolari, per tracciare chi è attivo e assorbe i nutrienti nel terreno. Sequenziando il DNA in un campione di suolo e cercando queste etichette, il team ha potuto vedere chi cresceva e chi mangiava a livello di taxa batterici.

“Analizzando i miei dati, ho notato che Vampirovibrio era super arricchito. Poiché conosciamo Vampirovibrio è un predatore, mi sono interessata a cercare altri potenziali predatori nei miei altri dati", ha affermato Brianna Finley, una ricercatrice post-dottorato presso l'Università della California-Irvine e coautrice dello studio. "Il fatto che siamo riusciti a captare questi segnali convalida davvero qSIP come strumento."

Questo video di 42 secondi descrive come Vampirovibrio si attacca alla sua preda e ne “succhia” le sostanze nutritive. Questo comportamento "simile a un vampiro" gli ha dato il nome.

Gli ecosistemi del suolo contengono più carbonio di quanto sia immagazzinato in tutte le piante sulla Terra, quindi capire come il carbonio e altri elementi si muovono tra gli organismi del suolo è fondamentale per prevedere i futuri cambiamenti climatici. Poiché i batteri sono così abbondanti nel suolo, hanno un ruolo enorme nel modo in cui i nutrienti vengono immagazzinati o persi, e saperne di più su come i batteri predatori agiscono come "antibiotici" potrebbe avere implicazioni terapeutiche in futuro.

"Fino ad ora, i batteri predatori non hanno fatto parte di quella storia del suolo", ha detto Hungate. “Ma questo studio suggerisce che sono personaggi importanti che hanno un ruolo significativo nel determinare il destino del carbonio e di altri elementi. Queste scoperte ci motivano a dare uno sguardo più approfondito alla predazione come processo."

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Oltre a Hungate, gli altri autori della NAU sono Jane Marks, docente presso il Dipartimento di Scienze Biologiche; Egbert Schwartz, professore presso il Dipartimento di Scienze Biologiche; assistente di ricerca laureato Pete Chuckran, Paul Dijkstra, professore di ricerca presso il Dipartimento di Scienze Biologiche; la studentessa laureata Megan Foley; Michaela Hayer, ricercatrice associata per Ecoss; Ben Koch, ricercatore senior per Ecoss; Michelle Mack, docente presso il Dipartimento di Scienze Biologiche; Rebecca Mau, ricercatrice associata, Pathogen &Microbiome Institute; Samantha Miller, ricercatrice associata per Ecoss; Jeff Propster, assistente di ricerca per Ecoss; assistente di ricerca laureata Alicia Purcell; e l'ex ricercatore della NAU Bram Stone.

La ricerca è stata supportata dall'Office of Biological and Environmental Research Genomic Sciences Program del Department of Energy e da un premio Lawrence Fellow del Lawrence Livermore National Laboratory.