По итогам гранта РФФИ 18-316-00054
Дождевые черви - основные инженеры почв. Они играют колоссальную роль в поддержании почвенного плодородия. Еще в древности люди признавали важность дождевых червей. Например, Аристотель называл дождевых червей кишечником почвы. Известнейший английский геолог и естествоиспытатель Чарльз Дарвин сказал: «Плуг - одно из древнейших и ценнейших изобретений человека; но задолго до того, как он существовал, земля на самом деле регулярно пахалась и до сих пор продолжает пахаться дождевыми червями».
Однако сейчас из-за интенсификации сельского хозяйства и роста количества применяемых пестицидов мы можем наблюдать полное отсутствие дождевых червей в пахотных горизонтах почв, что, в свою очередь, приводит к таким неблагоприятным последствиям, как деградация почвенного покрова - ухудшение структуры, внесение все большего количества органических и минеральных удобрений. Важно вовремя остановить эти процессы. Для этого необходим универсальный метод оценки экологического состояния почв. К сожалению, существующие стандарты и рекомендации по оценке опасности применения пестицидов для дождевых червей направлены на определение показателей смертности и рождаемости организмов. При этом изменения, происходящие до стадии полной утраты жизнеспособности или же изменения при длительном воздействии пестицидов, никак не учитываются.
На примере дождевых червей совершенно очевидно, что пестициды в первую очередь опасны для микробного сообщества их кишечного тракта. Как и в организме человека, у дождевых червей микробное сообщество выполняет схожую функцию – помогает переваривать пищу, является источником витаминов и иных физиологически важных соединений. Например, у человека длительный прием антибиотиков может приводить к дисбактериозу кишечника, аналогичная ситуация происходит и в организме дождевого червя при поступлении пестицидов.
Наш научный проект как раз и направлен на выявление структурных и количественных изменений микробного сообщества под воздействием пестицидов. Использование новейших молекулярно-генетических методов позволило нам определить по фрагментам генов 16S рРНК бактерий состав микробиоты кишечного тракта дождевого червя. Довольно неожиданным открытием для нас оказалось присутствие в микробном сообществе кишечника архей филума Crenarchaeota. Ранее было обнаружено два симбиотических вида кренархеот в холодноводной голотурии и в морской губке. В дождевых червях данный филум обнаружен впервые. Возникает вопрос о роли этих микроорганизмов в кишечнике червя. Существует ли симбиоз Crenarchaeota с Lumbricus terrestris и какой характер он носит? Из всех представленных филумов прокариот только филум Tenericutes включает в себя строго симбиотическиx бактерий кишечников дождевых червей Candidatus Lumbricincola из класса Mollicutes.
Уже за первый год исследований нам удалось выявить, что при одновременном внесении трех пестицидов в кишечниках Lumbricus terrestris отмечается увеличение представленности Proteobacteria (до 67% в десятикратной норме применения препаратов) и снижение представленности Actinobacteria, Verrucomicrobia и Tenericutes. О стрессовых условиях также свидетельствует увеличение бактерий филума Bacteroidetes с 0,2% в контрольном варианте до 2% в десятикратной норме применения пестицидов. Это весьма важное наблюдение, так как в литературе подобная ситуация была описана для рыбы Oreochromis niloticus, когда высокие концентрации кадмия в поверхностных водах приводили к увеличению представленности Bacteroidetes в микробиоте кишечного тракта Нильской тиляпии. Увеличение представленности бактерий рода Pseudochrobactrum и бактерий семейства Comamonadaceae в кишечном тракте дождевых червей также может быть индикатором пестицидной нагрузки.
Таким образом, проведенные нами исследования помогут разработать метод оценки экологического состояния почв, путем определения наиболее чувствительных к пестицидам таксонов бактерий и использования их в качестве универсального показателя опасности применения пестицидов для почвенных организмов.
