土壌微生物は気候変動の中で生き残ることができるのか?

Jun 30, 2023

世界中の生物は、気候変動、生息地の破壊、その他人間による環境変化による前例のないレベルのストレスに直面しています。 この増大するストレスが生物や私たちが依存している環境サービスに及ぼす影響を予測し、軽減するには、なぜ一部の種が広範囲の環境に存在できるのに、他の種が限られた生息地にしか存在しないのかを理解する必要があります。

生態学の科学の世界では、研究者は地球上の生物をスペシャリストとジェネラリストの 2 つのカテゴリーに分類しようとすることがよくあります。 ジェネラリストはさまざまな環境条件や生息地で生き残ることができますが、スペシャリストは生存のための特定の条件がより制限されているか、制限されています。 たとえば、パンダは特定の生息地内の竹だけを食べます。 パンダの生息範囲が制限されているだけでなく、食事も制限されており、竹が絶滅すればパンダも絶滅する可能性があります。

しかし、人間の腸から足下の土壌に至るまで、地球上のあらゆる場所に見られる目に見えない微生物の微生物の世界はどうでしょうか? それらはどのカテゴリに分類されますか?

その答えを見つけるために、マイアミ大学文理学部のミシェル・アフカミ准教授の生物学研究室の大学院生と博士研究員のグループは、すべての細菌と古細菌を含む微生物のグループである原核生物のDNA配列を研究しました。この発見は最近の研究で明らかになりました「多次元の特殊化と一般化は土壌原核生物に浸透している」と題されたこの論文は現在、雑誌「Nature Ecology & Evolution」で閲覧可能です。

「このプロジェクトの背後にあるアイデアは、これらの微生物がさまざまな環境側面に沿って、狭い範囲の条件の中で存在できるのか、それとも広い範囲の条件の中で存在できるのかを調べることでした」と、アフカミの研究室の元大学院生で、現在は生物学の準備をしているポスドクであるダミアン・ヘルナンデスは語った。国立科学財団とのフェローシップ。 「具体的には、微生物が通常、多次元のスペシャリストであるのか、多次元のジェネラリストであるのか、あるいは環境のさまざまな側面で異なる戦略を使用するのか、そしてそれがコミュニティ内での微生物の役割にどのような影響を与える可能性があるのか​​を知りたかったのです。 微生物がジェネラリストであるかスペシャリストであるかを判断するために私たちが使用した環境的側面は、落葉、温度、水、栄養素など、微生物が生息する土壌の複数の環境条件に基づいていました」と彼は付け加えた。

2 年がかりの共同作業で、学生チームは全米生態観測所ネットワークが全米のサイトから収集した 200 以上の土壌サンプルを分析しました。 1,200以上の原核生物を調べた中で、ヘルナンデスとチームは非常に驚くべきものを発見した。 彼らは、微生物の大部分（90パーセント）が多次元のジェネラリストか多次元のスペシャリストであることを発見しました。

本質的に、微生物が 1 つの環境軸全体にわたってジェネラリストである場合、それはほとんどの場合、他のすべての軸にわたってジェネラリストです。 そして、それが 1 つの環境軸の専門家であれば、すべての軸にわたって専門化します。 この発見は、微生物群集がどのように構造化されているかについて重要な洞察を提供することに加えて、あらゆる種類の生物における多次元の特殊化と一般化に関する最初の証拠の一部を提供します。

「微生物が存在できる場所は非常に限られていることが分かりました」と、この研究の筆頭著者であるヘルナンデス氏は述べた。 「一般的な微生物は非常に柔軟性があり、より広範囲の条件に耐えることができます。 しかし、特殊な微生物は複数の環境軸で制限されているため、さまざまな環境条件に敏感であり、そのため環境のあらゆる変化が微生物の生存を妨げる可能性があります。

「仮説として、生態系が専門家である微生物によって構成されている場合、それらの生態系は環境変化に敏感になる可能性が高くなります」と彼は言う。

アフカミ氏は、この発見が気候変動の中で微生物がどのように生存できるかについて興味深い議論を提示していることを認めている。