Půdní bakterie vydechují do atmosféry více CO2 po jídle bez cukrů

Foto: ARISTILDE LAB/NORTHWESTERN UNIVERSITY/Tiskový zdroj

Když půdní mikrobi požírají rostlinnou hmotu, trávená potrava se dostává ven jednou ze dvou cest. Buď mikrob potravu využije k výstavbě vlastního těla, nebo potravu vydechne ve formě oxidu uhličitého (CO2) do atmosféry.

Výzkumný tým Northwesternské univerzity poprvé sledoval cesty směsi rostlinného odpadu, jak prochází metabolismem bakterií a přispívá k tvorbě atmosférického CO2. Výzkumníci zjistili, že mikrobi dýchají třikrát více CO2 z uhlíků ligninu (necukerné aromatické jednotky) ve srovnání s uhlíky celulózy (glukózové cukerné jednotky), které obě dodávají strukturu a podporu buněčným stěnám rostlin.

Tato zjištění pomáhají rozklíčovat roli mikrobů v koloběhu uhlíku v půdě. Informace mohou pomoci zlepšit předpovědi toho, jak uhlík v půdě ovlivní klimatické změny.

„Množství uhlíku, které je uložené v půdě, je asi desetkrát větší než množství, které je v atmosféře.“ Uvedla Ludmilla Aristildeová z Northwesternské univerzity, která studii vedla. „To, co se pak stane s touto zásobou v budoucnu, může mít obrovský dopad na naši planetu. Mikrobi mohou tento uhlík uvolnit a přeměnit ho na atmosférické CO2. Proto je obrovský zájem o pochopení, jak metabolizují rostlinný odpad. S rostoucí teplotou bude v půdě k dispozici více organické hmoty různých typů. To bude mít vliv na množství CO2, které se uvolní v důsledku mikrobiální činnosti.“

Ne všechny cesty jsou stejné

Nová studie navazuje na probíhající práci, která probíhá v laboratoři Aristildeové. Předchozí výzkumníci obvykle sledovali, jak se rozkládané sloučeniny z rostlinné hmoty pohybují bakteriemi. Tým Aristildové místo toho použil směs těchto sloučenin. Vytvořili prostředí, jakému jsou bakterie vystavené v přirozeném prostředí. Aby pak mohli sledovat, jak se různé rostlinné deriváty pohybují v metabolismu bakterií, označili vědci jednotlivé atomy uhlíku izotopovými značkami.

„Izotopové značení nám umožnilo sledovat atomy uhlíku specifické pro jednotlivé typy sloučenin uvnitř buňky,“ řekla Aristildeová. „Sledováním uhlíkových stop jsme byli schopni zachytit jejich cesty v metabolismu. To je důležité, protože ne všechny cesty jsou z hlediska produkce oxidu uhličitého stejné.“

Uhlíky cukrů v celulóze například putovaly glykolytickou a pentózo-fosfátovou cestou. Tyto dráhy vedou k metabolickým reakcím, které přeměňují strávené látky na uhlíky pro tvorbu DNA a proteinů, z nichž se vytváří vlastní biomasa mikrobů. Ale aromatické, necukerné uhlíky z ligninu putovaly jinou cestou – přes cyklus kyseliny trikarboxylové.

„Cyklus kyseliny trikarboxylové existuje ve všech formách života,“ řekla Aristilda. „Existuje u rostlin, mikrobů, zvířat i lidí. Tento cyklus sice také produkuje prekurzory pro bílkoviny, ale obsahuje několik reakcí, při nichž vzniká CO2. Většina CO2, který se dýchá při metabolismu, pochází z této dráhy.“

Rozšíření zjištění

Po sledování cest metabolismu provedla Aristildeová se svým týmem kvantitativní analýzu, aby určila množství CO2 vyprodukovaného z různých typů rostlinné hmoty. Po konzumaci směsi rostlinné hmoty dýchali mikrobi třikrát více CO2 z uhlíků pocházejících z ligninu než z uhlíků pocházejících z celulózy.

V prvních experimentech Aristildeová a její tým použili Pseudomonas putida, běžnou půdní bakterii s všestranným metabolismem. Vědci byli zvědaví, zda se jejich zjištění vztahují i na jiné bakterie, a proto prostudovali údaje z předchozích experimentů ve vědecké literatuře. Zjistili, že stejný vztah, který objevili mezi rostlinnou hmotou, metabolismem a CO2, se projevil i u jiných půdních bakterií.

Výzkum byl zveřejněn v úterý (11. června) v časopise Environmental Science & Technology s otevřeným přístupem.