Статья 2. Влияние почвенных микроорганизмов на растения

Свою первую статью, я закончил словами о том, что опытные садоводы умеют оценивать свои почвы по химическим и физическим параметрам, знают, глинистые они или песчаные, много ли в них органики, гумуса, каково содержание азота и фосфора.

А вот оценивать биологическую составляющую плодородия своих почв садоводу очень трудно, да и плохо учат этому даже студентов в сельскохозяйственных вузах, и мало рассказывают в книгах по земледелию.

Итак, попытаемся разобраться в этой невидимой биологической составляющей.

Раньше почвенные микроорганизмы учёные изучали с помощью микроскопов и размножали в чашках Петри.

Последние пару десятков лет появилась новая наука — молекулярная генетика. И оказалось, что с помощью генетического анализа можно обнаружить в почве на два порядка больше микроорганизмов, чем раньше выращивали в чашках Петри.

Учёные, основываясь на методах молекулярной генетики, пришли к единому мнению, что в одном грамме хорошей почвы, хорошего компоста или вермикомпоста может содержаться 1.000.000.000 бактерий и 1.000.000 грибов, не считая другие группы микроорганизмов.

Современным биологам стало понятно, что экологические взаимодействия между этими группами организмов очень сложны и многообразны. Они осознали проблему, что подавляющее большинство из них по некоторым оценкам это не менее 99,9%, не могут быть выделены, выращены и идентифицированы при их культивировании даже с помощью современных лабораторных методов.

В западной литературе уже не пишут просто о бактериях, а пишут всегда бактерии и археи (археи не могут быть идентифицированы при их культивировании, они не имеют ядра, и имеют свою независимую эволюцию и характеризуются многими особенностями биохимии, отличающими их от других форм жизни).

Другими словами, мы знаем, что в почве живут и взаимодействуют между собой миллиарды живых существ, но мы только начинаем понимать, что всего лишь 0,1 процента из этих миллиардов микроорганизмов действительно делают в почвенной экосистеме.

Наука экология нам подсказывает, что чем больше индивидуальных цепочек «хищник — жертва» содержится в почве, тем сильнее они будут подавлять фитопатогены и защищать наши растения, это показывает практика.

Учёные знают так же, что в экологии существует важное понятие, которое означает, что целое больше, чем сумма его частей.

О роли бактерий и грибов для жизни почвы написано много. О роли дождевых червей знает каждый садовод. Но если спросить, кто играет «роль волка в лесу», является главным хищником в почве, ответят не все.

Оказывается — это простейшие и другие мелкие почвенные хищники. Именно они определяют главный экологический тезис, что «целое» — всегда больше «суммы частей».

Миллиарды бактерий, миллионы грибов которые разрушают почвенный опад контролируют тысяч мелких (микро-), средних (мезо-) и больших (макро-) животных–хищников.

Их размеры в диапазоне от нескольких микрометров до более метра.

Список включает в себя: простейшие (жгутиковые, амёбы, инфузории), нематоды, клещи, коллемболы, моллюски, мелкие черви — энхитреи, дождевые черви, многоножки, сороконожки, изоподы, муравьи, термиты, жуки, личинки двукрылых, и пауки.

А вот когда в эту живую почву с миллиардами живых существ проникает живой корень со своими выделениями — то эта система усложняется многократно.

Корень начинает контролировать всю эту сложную систему, если садовод ему сильно не мешает своими неразумными подкормками.

Приведу лишь один пример, который стал понятен мне совсем недавно.

Концентрация азота в клетках простейших (и круглых червей) ниже, чем в бактериях, которых они поедают (соотношение углерода к азоту в клетках простейших составляет 10:1 и более, а у бактерий — от 3:1 до 10:1). Бактерии, потребляемые простейшими, содержат слишком много азота в соотношении с количеством углерода, необходимого простейшим. Поэтому простейшие высвобождают излишки азота в виде аммиака (NH4 +). И человек и корова так же выделяет мочу пахнущую аммиаком, и это лучшая азотистая подкормка для растений.

Это концентрация бактерий и их хищников с их выделениями происходит в слоях у корневой системы растения. Бактерии и другие организмы быстро перехватывают и поглощают большую часть аммиака, но часть потребляется и растением.

Таким образом, в реальной живой почве корни не берут азот непосредственно «из трупов погибающих бактерий, а берут через выделения простейших. Задача корня сводится лишь к регулированию бактерий и простейших своими выделениями.

Еще одна роль, которую играют простейшие, — регулирование популяций бактерий. Когда представители этого класса потребляют бактерии, они стимулируют рост их популяции (следовательно, и темпы разложения и агрегации почвы). Этот процесс можно сравнить с обрезкой дерева: если обрезать немного — это улучшает рост, переусердствовать — снижает.

Простейшие к тому же — важнейшее звено в системе почвенных пищевых цепочек.

Они помогают снизить заболеваемость растений, поскольку конкурируют с патогенами или питаются ими. Всё это налаживалось и регулировалось миллиарды лет совместной эволюции растений и почвенных животных.

Я по профессии врач. Поэтому интересуясь жизнью микроорганизмов почвы, также интересуюсь жизнью микроорганизмов и в кишечнике человека и провожу параллели.

Оказывается, на изучение микробиома человека развитые государства мира тратят намного больше денег, чем на исследования микромира ризосферы растений. И новых открытий здесь много.

Микробиом — это то, что прежде называлось микрофлорой кишечника.

Бациллы в кишечнике человека

Сейчас, с началом масштабных геномных исследований самых разных бактериальных сообществ (например, некоторых участков дна океанов, сточных вод и пр.), название микробиом стало более популярным.

Оно подразумевает совокупность не столько самих микробов, сколько всех микробных генов, оказывающих влияние на среду, в которой они существуют.

Человеческий организм — это ведь среда обитания микробов. Оказывается ворсинки кишечника человека и корневые волоски у растений взаимодействуют с микроорганизмами по одним и тем же законам, контролируются сходными древнейшими генами.

По результатам генетического анализа было установлено, что в организме человека обитает более 10 тысяч видов различных микробов.

Такое обилие микробов обеспечивает жизнедеятельность человека гораздо большим количеством генов, чем может предоставить сам по себе человеческий организм.

По подсчётам учёных, если в геноме человека 22 тысячи генов, кодирующих белки для обслуживания нашего метаболизма, микробиом привносит около восьми миллионов уникальных кодирующих генов, иными словами, бактериальных генов в человеке в 360 раз больше, чем собственно человеческих. (Не забывайте, что я провожу параллели с жизнью в почве, а ведь то же самое происходит и в ризосфере!)

«У людей нет всех ферментов, необходимых для переваривания того, что мы едим», — отмечают учёные. Большая часть белков, липидов и углеводов нашего рациона расщепляется до питательных веществ, способных всасываться кишечником, микробами, которые обитают в кишечнике. Более того, микробы производят полезные вещества вроде витаминов и противовоспалительных соединений, синтез которых наш геном обеспечить не может.

Чтобы увлечь читателей этой интереснейшей темой