A chilei Andok Permafroszt aktív rétegeiből származó prokarióta közösségek taxonómiai divezritása
Faragó Viktória, II. évf. PhD hallgató
Környezettudományi Doktori Iskola – Környezetbiológia Program
Témavezető: Kériné Dr. Borsodi Andrea, egyetemi tanár, ELTE TTK Mikrobiológiai Tanszék
Társtémavezető: Dr. Nagy Balázs, habilitált egyetemi docens, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék
Becslések szerint a Föld szárazföldi területének mintegy 11%-át érinti a permafroszt, más néven örökfagy (Obu, 2021). A globális felmelegedés következtében a permafroszt felső úgynevezett aktív rétege számos régióban megvastagodott, ami fokozott mikrobiális aktivitáshoz és üvegházhatású gázok, például metán és szén-dioxid kibocsátásához vezetett (Gilichinsky et al., 1995). A permafroszt degradációja és a globális felmelegedés súlyosbodása közötti összefüggés miatt a kutatók érdeklődése megnőtt e régiók iránt. Jelen tanulmány célja az volt, hogy feltárja és összehasonlítsa a baktérium és az archaea közösségek taxonómiai diverzitását a chilei Andok különböző éghajlati övezeteiben található, egymástól több ezer kilométerre fekvő, eddig nagyrészt feltáratlan permafroszt régiókban.
1. ábra. A kontrollminták egy oligotróf tó partjáról származnak, Torres del Paine Nemzeti Park, Patagónia, 40 m (51°04′16.24′′D, 73°05′24.42′′Ny)
2. ábra. A Gardner-hágó mintavételi helyszíne, háttérben a hatalmas Grey-gleccserrel, Torres del Paine Nemzeti Park, Patagónia, 1180 m (50°56′11.69′′D, 73°11′17.21′′Ny)
A mintavétel a patagóniai Torres del Paine Nemzeti Park csapadékban gazdag területéről (1–2. ábra), valamint a Föld legmagasabb vulkánjáról, az Atacama-sivatagban található Ojos del Salado-ról (6893 m t.sz.f.) történt (3–4. ábra). A minták begyűjtését a permafroszt aktív rétegének 10, 35 és 60 cm-es mélységeiből végeztük. A mintákból a közösségi DNS kivonás után, a 16S rRNS gén V3-V4 régióját szaporítottuk fel, baktérium- és archaea-specifikus primerekkel.
3. ábra. Az Atacama-sivatagban, az Ojos del Salado vulkánon található Atacama-tábor, 5260 m (27°04'32"D, 68°33'51"Ny)
4. ábra. Az 5830 m magasságban fekvő Tejos tábor, háttérben az Ojos del Salado masszívum (27°05'14"D, 68°32'17"Ny)
Az Illumina-szekvenálás eredményei arra utaltak, hogy még az Ojos del Salado szélsőséges körülményei között is változatos prokarióta közösségek élnek a permafroszt aktív rétegében, ahol a baktériumok taxonómiai változatossága nagyobb volt, mint az archaeáké. A Shannon- és az inverz Simpson-indexek alapján meghatározott alfa-diverzitás nem minden esetben mutatott szignifikáns eltérést a nedves patagóniai minták és a száraz Ojos del Salado-i minták között. Az archaeák alfa-diverzitás indexei a kontroll mintákban magasabbak voltak, ami alátámasztja azt a tényt, hogy az archaeák kevésbé kedvelik a hideg környezeteket.
Az NMDS (Non-metric Multidimensional Scaling) elemzés alapján a mintavételi helyszínek (Atacama, Tejos, Gardner-hágó vagy kontroll) és a mintavételi régiók (Ojos del Salado vagy Torres del Paine) között szignifikáns különbségek mutathatók ki, míg a mintavételi mélységek között nem, amit a PERMANOVA eredmények is alátámasztanak. A statisztikai elemzés azt is rámutatott, hogy a mintavételi helyek nagyobb mértékben befolyásolták a varianciát (R2-értékek), mint a mintavételi régiók. Ezek az eredmények alátámasztják a kezdeti hipotézisünket, miszerint a földrajzi és éghajlati különbségeknek hatásuk van a mikrobiális közösség összetételére. Várakozásainkkal ellentétben azonban a mintavételi mélységnek nem volt kimutatható hatása a közösség szerkezetére.
A mikroorganizmusok számára hozzáférhető víz mennyisége összefüggésben állhat a baktériumközösségek összetételével. Az Ojos del Saladoról származó összes mintában az Actinomycetota dominált, egy olyan törzs, amelyik száraz és rendkívül száraz sivatagi területekre jellemző (Bull et al., 2018; Medina et al., 2026). Az Actinomycetota törzs tagjai spórákat vagy cisztaszerű képleteket képezhetnek, amelyek képesek ellenállni a szárazságnak (Mohammadipanah & Wink, 2016). A Gardner-hágó mintáiban a Chloroflexota volt a leggyakoribb, ami összhangban áll egy korábbi tanulmány eredményeivel, miszerint ez a törzs a tápanyagszegény és csapadékos környezeteket részesíti előnyben (Orellana et al, 2018).
Az Archaea közösségek a baktériumokhoz képest kevésbé voltak változatosak, viszont erős funkcionális specializációt mutattak. Az archaeák taxonómiai összetételét minden aktív rétegből vett mintában elsősorban a Nitrososphaerales rend dominálta, a Gardner-hágóról származó mintákban azonban a Nitrosotaleales rend is jelentős arányban megfigyelhető volt. Ezek a rendek ammónia-oxidáló archaeák (AOA) néven ismertek, amelyek a nitrifikáció első lépésében vesznek részt. Bár ammónia-oxidáló baktériumok (AOB) is előfordultak ezekben a környezetekben, az AOA magas relatív abundanciája és a környezetek alacsony ammóniakoncentrációja arra utal, hogy a nitrifikáció ezekben az extrém környezetekben túlnyomórészt az archaeák közreműködésével zajlik (Verhamme et al., 2011).
Irodalomjegyzék:
- Obu, J. How Much of the Earth’s Surface Is Underlain by Permafrost? J. Geophys. Res. Earth Surf. 2021, 126, e2021JF006123.
- Gilichinsky, D.A.; Wagener, S.; Vishnevetskaya, T.A. Permafrost Microbiology. Permafr. Periglac. Process. 1995, 6, 281–291.
- Bull, A.T.; Idris, H.; Sanderson, R.; Asenjo, J.; Andrews, B.; Goodfellow, M. High Altitude, Hyper-Arid Soils of the Central-Andes Harbor Mega-Diverse Communities of Actinobacteria. Extremophiles 2018, 22, 47–57.
- Medina Caro, D.; Bartholomäus, A.; García, A.; Oses, R.; Liebner, S.; Wagner, D. Metabolic Transitions along a Moisture Gradient in a Poly-Extreme High-Altitude Desert Ecosystem within the Atacama Desert. Environ. Microbiome 2026, 21, 20.
- Mohammadipanah, F.; Wink, J. Actinobacteria from Arid and Desert Habitats: Diversity and Biological Activity. Front. Microbiol. 2016, 6, 1541.
- Orellana, R.; Macaya, C.; Bravo, G.; Dorochesi, F.; Cumsille, A.; Valencia, R.; Rojas, C.; Seeger, M. Living at the Frontiers of Life: Extremophiles in Chile and Their Potential for Bioremediation. Front. Microbiol. 2018, 9, 2309.
- Verhamme, D.T.; Prosser, J.I.; Nicol, G.W. Ammonia Concentration Determines Differential Growth of Ammonia-Oxidising Archaea and Bacteria in Soil Microcosms. ISME J. 2011, 5, 1067.
Faragó Viktória