Ett internationellt team av forskare har kartlagt miljömikrobiomet i ett helt land för första gången och skapat en hög-atlas över mikrobiellt liv i Danmark. Projektet, som leds av Aalborg universitet med bidrag från universitetet i Wien, analyserade mer än 10 000 jord- och miljöprover i hela landet och publicerades iNaturunder rubrikenMikroflora Danica.
Prover samlades in med en genomsnittlig rumslig upplösning på cirka fyra kvadratkilometer, vilket ger vad forskare beskriver som en aldrig tidigare skådad översikt över landets mikrobiella mångfald och funktion. Datauppsättningen ger insikt i hur mikroorganismer reagerar på markanvändning, jordbruk och miljöstörningar på nationell nivå.
Forskare från universitetet i Wien spelade en central roll i analysen av nitrifierande - mikroorganismer som driver nyckelsteg i den globala kvävecykeln. Dessa organismer bestämmer hur länge kväve från gödselmedel förblir tillgängligt för grödor och när det omvandlas till former som förorenar vattendrag eller flyr ut i atmosfären.
Studien visar för första gången den rikstäckande spridningen av nitrifierare i jordar. Den lyfter också fram stora kunskapsluckor: två av de mest utbredda grupperna - TA-21-linjen av ammoniakoxiderande arkea och comammoxNitrospiraclade B - har inga kultiverade representanter. Som ett resultat kan de ännu inte studeras direkt i laboratoriemiljöer trots att de dominerar stora områden med jordbruks- och naturliga jordar. Forskarna identifierade också starka bevis för tidigare okända och oodlade grupper av nitrit-oxiderande bakterier.
Resultaten väger särskilt tungt för Danmark, där ungefär två{0}}tredjedelar av marken används för jordbruk. Intensiv användning av gödselmedel leder till betydande kväveförluster till grundvatten, floder och kustvatten, samtidigt som det bidrar till utsläpp av dikväveoxid, en potent växthusgas. Olika nitrifieringsämnen varierar i hur mycket dikväveoxid de producerar och hur de reagerar på nitrifikationshämmare som tillsätts till gödningsmedel, vilket gör deras distribution avgörande för miljöförvaltningen.
Forskare säger att atlasen kan hjälpa till att göra jordbruket mer målinriktat och hållbart genom att anpassa gödningsstrategier till de mikrobiella samhällena som finns i jordar. Med tiden kan detta minska näringsförlusterna, begränsa vattenföroreningar och minska utsläppen av växthusgaser.
Utöver jordbruket visar studien att mänsklig störning lämnar en tydlig mikrobiell signatur. Intensivt förvaltade livsmiljöer tenderar att ha hög lokal mångfald men verkar mer homogeniserade på nationell nivå. Mindre störda ekosystem behåller större övergripande mikrobiell mångfald. Författarna föreslår att sådana "mikrobiella fingeravtryck" så småningom skulle kunna användas för att bedöma framgången för habitatrestaureringsprojekt.
Konsekvenserna sträcker sig utanför Danmark. Österrike står inför liknande utmaningar relaterade till jordbruksintensitet, näringsämneshantering och vattenskydd. Enligt forskare som är involverade i studien ger den danska atlasen en modell för hur mikrobiomdata i nationell -skala skulle kunna vara underlag för miljöpolitik på andra håll, från optimering av gödselmedel till att uppskatta markbaserade-växthusgasutsläpp.
Författarna hävdar att inkorporering av mikrobiomdata i markanvändningsplanering och klimatstrategier kommer att vara avgörande eftersom länder försöker balansera jordbruksproduktivitet med miljöskydd.
