Результати останніх досліджень ґрунтових відмін Антарктиди. Огляд
Ключові слова:
Антарктика, ґрунтові середовища, фактори впливу, поживний режим, мікробний ценоз, хімічні властивості, екологічний стан, прогноз
Анотація
Майже на всіх ґрунтових картах світу Антарктида не представлена. Тим часом на цьому континенті є не тільки ґрунти, а й навіть проявляються закони їх широтної зональності. Це означає, що ґрунти більш теплих узбереж дуже відрізняються від ґрунтів морозних внутрішніх районів. Щоправда, повноцінні ґрунти тут представлені лише як рідкісні дрібні вкраплення серед кам'янистих розсипів материка. Ґрунтові середовища Антарктики різноманітні та займають в масштабі континенту мізерні площі. Їх унікальність надає величезні можливості для вивчення фундаментальних екологічних проблем. Ці середовища змінюються дуже повільно у тисячолітньому масштабі, у тій мірі, в якій на них впливають льодовикові умови континенту. Однак останніми десятиліттями на антарктичне довкілля посилився вплив потепління клімату, антропогенних чинників та тваринного світу. Таке положення у першу чергу відбивається на не вкритих льодом територіях, зокрема на ґрунтових відмінах стосовно особливостей окремих антарктичних біогеографічних зон. Використання сучасних методів досліджень дає змогу ефективно вивчати різні властивості окремих ґрунтових середовищ, що дає змогу простежувати спрямованість їх еволюції у часі. Для розуміння рушійних сил розвитку різних мікробних угрупувань потрібно здійснювати систематичну кількісну оцінку хімічного складу ґрунтів та особливостей змін відповідних біохімічних циклів. Такий моніторинг у свою чергу дасть змогу будувати прогнозні моделі розвитку екологічної ситуації в різних регіонах континенту під дією зовнішніх змінних факторів. Адже за наявності фрагментарних та неповних результатів досліджень низки антарктичних ґрунтів аналітикам не вистачає кількісних оцінок, потрібних для обґрунтування таких прогнозів.
Посилання
1. Convey P. Antarctic ecosystems. In: Levin SA, editor. Encyclopedia of Biodiversity. 2nd ed. San Diego, CA, USA: 2013. pp. 179–188.
2. Cowan D.A. Microbiology of Antarctic Soils. Springer. Berlin/Heidelberg, Germany: 2014. 328 p.
3. Walther G. R., Eric Post E., Convey P., Menzel A., Parmesan C., Beebee T., Fromentin J., Hoegh-Guldberg O., Bairlein F. Ecological responses to recent climate change// Nature. 2002. V. 416. P. 389–395. doi: 10.1038/416389a
4. Walton D.W.H., Thomas J. Cruise Report-Antarctic Circumnavigation Expedition (ACE) 20th December 2016-19th March 2017. OpenAIRE;
5. Dennis P.G., Newsham K.K., Rushton S.P., O'Donnell A.G., Hopkins D.W. Soil bacterial diversity is positively associated with air temperature in the maritime Antarctic. Sci. Rep. 2019 ; 9 : 2686. DOI: 10.1038 / s41598-019-39521-7.
6. Simmons B.L., Wall D.H., Adams B.J., Ayres E., et al. Long-term experimental warming reduces soil nematode populations in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica. Soil Biol. and Biochem. 2009. 41, 2052–2060. DOI: 10.1016 / j.soilbio.2009.07.009
7. Pointing S.B., Chan Y., Lacap D.C., Lau MC.Y., Jurgens J.A., Farrell R.L. Highly specialized microbial diversity in hyper-arid polar desert. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009; 106 : 19964–19969. DOI: 10.1073 /pnas.0908274106.
8. De Scally S.Z., Makhalanyane T.P., Frossard A., Hogg I.D., Cowan D.A. Antarctic microbial communities are functionally redundant, adapted and resistant to short term temperature perturbations. Soil Biol. Biochem. 2016; 103: 160–170. DOI: 10.1016/j.soilbio.2016.08.013.
9. Nylen T.H., Fountain A.G. Climatolotogy of katabatic winds in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica. J.Geophs. Res. 2004; 109 :D03114. DOI: 10.1029/ 2003JD003937.
10. Han J., Jung J., Park M., Hyun S., Park W. Shortterm effect of elevated temperature on the abundance and diversity of bacterial and archaeal amoA genes in antarctic soils. J. Microbiol. Biotechnol. 2013; 23: 1187–1196. DOI: 10.4014/ jmb.1305.05017.
11. Adriaenssens E.M., Kramer R., Van Goethem M.W., Makhalanyane T.P., Hogg I., Cowan D.A. Environmental drivers of viral community composition in Antarctic soils identified by viromics. Microbiome. 2017;5:83. doi: 10.1186/s40168-017-0301-7.
12. Falkowski P.G., Godfrey L.V. Electrons, life and the evolution of Earth's oxygen cycle. Philos. Trans. R. Soc. London / In Biol. Sci. 2008; 363 : 2705–2716. DOI: 10.1098 / rstb.2008.0054.
13. Ayton J., Aislabie J., Barker G.M., Saul D., Turner S. Crenarchaeota affiliated with group 1.1 b are prevalent in coastal mineral soils of the Ross Sea region of Antarctica. Environ. Microbiol. 2010;12:689–703. doi: 10.1111/j.1462-2920.2009.02111.x.
14. McCaig A.E., Phillips C.J., Stephen J.R., Kowalchuk G.A., Harvey S.M., Herbert R.A., Embley T.M., Prosser J.I. Nitrogen cycling and community structure of proteobacterial beta-subgroup ammonia-oxidizing bacteria within polluted marine fish farm sediments. Appl. Environ. Microbiol. 1999;65:213–220. doi: 10.1128/AEM.65.1.213-220.1999.
15. Bottos E.M., Laughlin D.C., Herbold C.W., Lee C.K., McDonald I.R., Cary S.C. Abiotic factors influence patterns of bacterial diversity and community composition in the Dry Valleys of Antarctica. FEMS Microbiol. Ecol. 2020;96:fiaa042. doi: 10.1093/femsec/fiaa042.
16. Cain M.L., Subler S., Evans J.P., Fortin M.-J. Sampling spatial and temporal variation in soil nitrogen availability. Oecologia. 1999; 118 : 397–404. DOI: 10.1007 / s004420050741.
17. Knops J.M.H., Tilman D. Dynamics of soil nitrogen and carbon accumulation for 61 years after agricultural abandonment. Ecology. 2000; 81 : 88–98. DOI: 10.1890 / 0012-9658 (2000) 081.
18. Evans S.E., Wallenstein M.D. Climate change alters ecological strategies of soil bacteria. Ecol. Lett. 2014. 17, 155–164. DOI: 10.1111 / ele.12206.
19. Marco D., ed. (2011). Metagenomics: Current Innovations and Future Trends. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-87-5.
20. DillB.D.,et al. "Metaproteomics: Techniques and Applications". Environmental Molecular Microbiology. Caister Academic Press. 2010. ISBN 978-1-904455-52-3.
21. Yau S., Lauro F.M., Williams T.J., DeMaere M.Z., et al. Metagenomic insights into strategies of carbon conservation and unusual sulfur biogeochemistry in a hypersaline Antarctic lake. The ISME. 2013. 7, 1944–1961. DOI:10.1038/ ismej.2013.69
22. Coyne K.J., Parker A.E., Lee C.K., Sohm J.A., Kalmbach A., Gunderson T., León-Zayas R., Capone D.G., Carpenter E.J., Cary S.C. The distribution and relative ecological roles of autotrophic and heterotrophic diazotrophs in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica. FEMS Microbiol. Ecol. 2020; 96:fiaa010. doi: 10.1093/femsec/fiaa010.
23. Asuming-Brempong S. Microarray Technology and Its Applicability in Soil Science – A Short Review. J. Soil Sci. 2012; 2 : 333–340. DOI: 10.4236/ ojss.2012.23039.
24. Lee C.K., Laughlin D.C., Bottos E.M., Caruso T., Joy K., Barrett J.E., Hopkins D.W., Pointing S.B., McDonal I.R., Cowan D.A., et al. Biotic interactions are an unexpected yet critical control on the complexity of an abiotically driven polar ecosystem. Commun. Biol. 2019;2:62. doi: 10.1038/s42003-018-0274-5.
25. Bottos E.M., Laughlin D.C., Herbold C.W., Lee C.K., McDonald I.R., Cary S.C. Abiotic factors influence patterns of bacterial diversity and community composition in the Dry Valleys of Antarctica. FEMS Microbiol. Ecol. 2020;96:fiaa042. doi: 10.1093/femsec/fiaa042.
26. Bokhorst S., Convey P., Aerts R. Nitrogen inputs by marine vertebrates drive abundance and richness in Antarctic terrestrial ecosystems. Curr. Biol. 2019; 29 : 1721–1729. DOI: 10.1016 / j.cub.2019.04.038.
27. Winton V.H.L., Ming A., Caillon N., Hauge L., Jones A.E., Savarino J., Yang X., Frey M.M. Deposition, recycling and archival of nitrate stable isotopes between the air-snow interface: Comparison beteen Dronning Maud Land and Dome C, Antarctica. Atmos. Chem. Phys. 2020;20:5861–5885.doi: 10.5194/acp-20-5861-2020.
28. Lepane V., Künnis-Beres K., Kaup E., Sharma B. Dissolved organic matter, nutrients, and bacteria in Antarctic soil core from Schirmacher Oasis. J. Soils and Sediments. Springer. 2018; 18:2715-2726. DOI: 10.1007 / s11368-018-1913-7.
29. Makhalanyane T.P., Valverde A., Velázquez D., Gunnigle E., Van Goethem M.W., Quesada A., Cowan D.A. Ecology and biogeochemistry of cyanobacteria in soils, permafrost, aquatic and cryptic polar habitats. Biodivers. Conserv. 2015; 24 : 819–840. DOI: 10.1007 / s10531-015-0902-z.
30. Leininger S., Urich T., Schloter M., Schwark L., Qi J., Nicol G.W., Prosser J.I., Schuster S.C., Schleper C. Archaea predominate among ammonia-oxidizing prokaryotes in soils. Nature. 2006;442:806–809. doi: 10.1038/nature04983.
31. Nylen T.H., Fountain A.G. Climatolotogy of katabatic winds in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica. J. Geophs. Res. 2004; 109 : D03114. DOI: 10.1029 / 2003JD003937.
2. Cowan D.A. Microbiology of Antarctic Soils. Springer. Berlin/Heidelberg, Germany: 2014. 328 p.
3. Walther G. R., Eric Post E., Convey P., Menzel A., Parmesan C., Beebee T., Fromentin J., Hoegh-Guldberg O., Bairlein F. Ecological responses to recent climate change// Nature. 2002. V. 416. P. 389–395. doi: 10.1038/416389a
4. Walton D.W.H., Thomas J. Cruise Report-Antarctic Circumnavigation Expedition (ACE) 20th December 2016-19th March 2017. OpenAIRE;
5. Dennis P.G., Newsham K.K., Rushton S.P., O'Donnell A.G., Hopkins D.W. Soil bacterial diversity is positively associated with air temperature in the maritime Antarctic. Sci. Rep. 2019 ; 9 : 2686. DOI: 10.1038 / s41598-019-39521-7.
6. Simmons B.L., Wall D.H., Adams B.J., Ayres E., et al. Long-term experimental warming reduces soil nematode populations in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica. Soil Biol. and Biochem. 2009. 41, 2052–2060. DOI: 10.1016 / j.soilbio.2009.07.009
7. Pointing S.B., Chan Y., Lacap D.C., Lau MC.Y., Jurgens J.A., Farrell R.L. Highly specialized microbial diversity in hyper-arid polar desert. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009; 106 : 19964–19969. DOI: 10.1073 /pnas.0908274106.
8. De Scally S.Z., Makhalanyane T.P., Frossard A., Hogg I.D., Cowan D.A. Antarctic microbial communities are functionally redundant, adapted and resistant to short term temperature perturbations. Soil Biol. Biochem. 2016; 103: 160–170. DOI: 10.1016/j.soilbio.2016.08.013.
9. Nylen T.H., Fountain A.G. Climatolotogy of katabatic winds in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica. J.Geophs. Res. 2004; 109 :D03114. DOI: 10.1029/ 2003JD003937.
10. Han J., Jung J., Park M., Hyun S., Park W. Shortterm effect of elevated temperature on the abundance and diversity of bacterial and archaeal amoA genes in antarctic soils. J. Microbiol. Biotechnol. 2013; 23: 1187–1196. DOI: 10.4014/ jmb.1305.05017.
11. Adriaenssens E.M., Kramer R., Van Goethem M.W., Makhalanyane T.P., Hogg I., Cowan D.A. Environmental drivers of viral community composition in Antarctic soils identified by viromics. Microbiome. 2017;5:83. doi: 10.1186/s40168-017-0301-7.
12. Falkowski P.G., Godfrey L.V. Electrons, life and the evolution of Earth's oxygen cycle. Philos. Trans. R. Soc. London / In Biol. Sci. 2008; 363 : 2705–2716. DOI: 10.1098 / rstb.2008.0054.
13. Ayton J., Aislabie J., Barker G.M., Saul D., Turner S. Crenarchaeota affiliated with group 1.1 b are prevalent in coastal mineral soils of the Ross Sea region of Antarctica. Environ. Microbiol. 2010;12:689–703. doi: 10.1111/j.1462-2920.2009.02111.x.
14. McCaig A.E., Phillips C.J., Stephen J.R., Kowalchuk G.A., Harvey S.M., Herbert R.A., Embley T.M., Prosser J.I. Nitrogen cycling and community structure of proteobacterial beta-subgroup ammonia-oxidizing bacteria within polluted marine fish farm sediments. Appl. Environ. Microbiol. 1999;65:213–220. doi: 10.1128/AEM.65.1.213-220.1999.
15. Bottos E.M., Laughlin D.C., Herbold C.W., Lee C.K., McDonald I.R., Cary S.C. Abiotic factors influence patterns of bacterial diversity and community composition in the Dry Valleys of Antarctica. FEMS Microbiol. Ecol. 2020;96:fiaa042. doi: 10.1093/femsec/fiaa042.
16. Cain M.L., Subler S., Evans J.P., Fortin M.-J. Sampling spatial and temporal variation in soil nitrogen availability. Oecologia. 1999; 118 : 397–404. DOI: 10.1007 / s004420050741.
17. Knops J.M.H., Tilman D. Dynamics of soil nitrogen and carbon accumulation for 61 years after agricultural abandonment. Ecology. 2000; 81 : 88–98. DOI: 10.1890 / 0012-9658 (2000) 081.
18. Evans S.E., Wallenstein M.D. Climate change alters ecological strategies of soil bacteria. Ecol. Lett. 2014. 17, 155–164. DOI: 10.1111 / ele.12206.
19. Marco D., ed. (2011). Metagenomics: Current Innovations and Future Trends. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-87-5.
20. DillB.D.,et al. "Metaproteomics: Techniques and Applications". Environmental Molecular Microbiology. Caister Academic Press. 2010. ISBN 978-1-904455-52-3.
21. Yau S., Lauro F.M., Williams T.J., DeMaere M.Z., et al. Metagenomic insights into strategies of carbon conservation and unusual sulfur biogeochemistry in a hypersaline Antarctic lake. The ISME. 2013. 7, 1944–1961. DOI:10.1038/ ismej.2013.69
22. Coyne K.J., Parker A.E., Lee C.K., Sohm J.A., Kalmbach A., Gunderson T., León-Zayas R., Capone D.G., Carpenter E.J., Cary S.C. The distribution and relative ecological roles of autotrophic and heterotrophic diazotrophs in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica. FEMS Microbiol. Ecol. 2020; 96:fiaa010. doi: 10.1093/femsec/fiaa010.
23. Asuming-Brempong S. Microarray Technology and Its Applicability in Soil Science – A Short Review. J. Soil Sci. 2012; 2 : 333–340. DOI: 10.4236/ ojss.2012.23039.
24. Lee C.K., Laughlin D.C., Bottos E.M., Caruso T., Joy K., Barrett J.E., Hopkins D.W., Pointing S.B., McDonal I.R., Cowan D.A., et al. Biotic interactions are an unexpected yet critical control on the complexity of an abiotically driven polar ecosystem. Commun. Biol. 2019;2:62. doi: 10.1038/s42003-018-0274-5.
25. Bottos E.M., Laughlin D.C., Herbold C.W., Lee C.K., McDonald I.R., Cary S.C. Abiotic factors influence patterns of bacterial diversity and community composition in the Dry Valleys of Antarctica. FEMS Microbiol. Ecol. 2020;96:fiaa042. doi: 10.1093/femsec/fiaa042.
26. Bokhorst S., Convey P., Aerts R. Nitrogen inputs by marine vertebrates drive abundance and richness in Antarctic terrestrial ecosystems. Curr. Biol. 2019; 29 : 1721–1729. DOI: 10.1016 / j.cub.2019.04.038.
27. Winton V.H.L., Ming A., Caillon N., Hauge L., Jones A.E., Savarino J., Yang X., Frey M.M. Deposition, recycling and archival of nitrate stable isotopes between the air-snow interface: Comparison beteen Dronning Maud Land and Dome C, Antarctica. Atmos. Chem. Phys. 2020;20:5861–5885.doi: 10.5194/acp-20-5861-2020.
28. Lepane V., Künnis-Beres K., Kaup E., Sharma B. Dissolved organic matter, nutrients, and bacteria in Antarctic soil core from Schirmacher Oasis. J. Soils and Sediments. Springer. 2018; 18:2715-2726. DOI: 10.1007 / s11368-018-1913-7.
29. Makhalanyane T.P., Valverde A., Velázquez D., Gunnigle E., Van Goethem M.W., Quesada A., Cowan D.A. Ecology and biogeochemistry of cyanobacteria in soils, permafrost, aquatic and cryptic polar habitats. Biodivers. Conserv. 2015; 24 : 819–840. DOI: 10.1007 / s10531-015-0902-z.
30. Leininger S., Urich T., Schloter M., Schwark L., Qi J., Nicol G.W., Prosser J.I., Schuster S.C., Schleper C. Archaea predominate among ammonia-oxidizing prokaryotes in soils. Nature. 2006;442:806–809. doi: 10.1038/nature04983.
31. Nylen T.H., Fountain A.G. Climatolotogy of katabatic winds in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica. J. Geophs. Res. 2004; 109 : D03114. DOI: 10.1029 / 2003JD003937.
Опубліковано
2022-03-03
Розділ
МЕЛІОРАЦІЯ, ЗЕМЛЕРОБСТВО, РОСЛИННИЦТВО
