КУРС ЦБ $ USD 79,6845 EUR 93,0237
00:00:00  00.00.0000
Москва 0 , 0м/с
How soil health affects human health – an amazing right under your feet
The microbial biofertilizers market is estimated by analysts Мarketsandmarkets 2.3 billion in 2020 and projected to reach $ 3.9 billion by 2025, with growth of 11.6% during the forecast period. Driving force of the market – area expansion under organic farmland, and the growing recognition of the biofertilizers among farmers, and society
Подписаться на новости

О том, почему человечество должно позаботиться о здоровье почвы и микробиоме, рассказывает Майкл Бехар - специалист по науке и здоровью в г. Боулдер, штат Колорадо, в своей статье, опубликованной на портале agriculture.com и в журнале Eating Well.

«В конце декабря в Боулдере, штат Колорадо, я нахожусь в кампусе Университета Колорадо и иду в лабораторию Совместного института исследований в области наук об окружающей среде (CIRES). На улице местная флора дремлет в глубоком зимнем забытье, а в лаборатории процветают миллиарды микроорганизмов.

Ноа Фирер, профессор экологии и эволюционной биологии, знакомит меня с двумя аспирантами. Они сгорбились за рабочим столом и вооружились пипетками для переноса партий живых бактерий из стеклянных флаконов в машину, которая будет секвенировать их микробную ДНК.

Как выдающийся почвовед, Фирер упоминается в научных журналах, возможно, больше, чем любой другой исследователь в этой области. Его усилия сосредоточены на организмах, обитающих в ризосфере, самом верхнем слое почвы, где корни растений взаимодействуют с микроскопическими организмами, в том числе вирусами, бактериями, грибами, простейшими и водорослями.

Это разнообразное сообщество, называемое микробиомом почвы, функционирует как источник жизненной силы растений - способствует прорастанию, стимулированию корней, ускорению роста и выработке устойчивости к болезням.

Эксперты считают, что эти почвенные микробы также могут оказать большое влияние на питательную ценность нашей еды. Кроме того, растения, которые мы едим, и почва, с которой мы соприкасаемся, также способны укреплять наши собственные кишечные микробиомы.

Открытие этой связи между здоровьем почвы и здоровьем человека уже привлекло внимание крупных продовольственных компаний, фермеров, ученых и природоохранных организаций, и вызвало исследовательский бум, так что вскоре мы узнаем, являются ли почвенные микробы столь же важными для нашего долголетия, как повседневные упражнения и спокойный ночной сон.

Не просто комок земли

Ризосфера является средой обитания для сложной экосистемы, где в основе лежит микробиом почвы – участник многочисленных процессов.

Некоторые микробы, например, действуют как желудки, переваривая и разлагая органические вещества на питательные элементы для растения. Другое действие включает в себя микоризы, похожие на шелк грибы – они образуют обширные «нити», далеко простирающиеся под землей и работающие в качестве почвенного интернета для облегчения связи между растениями.

Эксперименты показали, когда хищники, такие как тля, нападают на растение, оно предупреждает своих соседей - сигнализируя им через сеть микоризы - что угроза неизбежна. Затем другие растения будут использовать свою естественную защиту, часто химическое вещество, производимое в листьях, чтобы отразить захватчиков.

Почвенные бактерии и грибы также работают в тандеме, чтобы минералы в почве растворились в воде. «И если они растворимы, растение поглощает их своими корнями», - объясняет Дэвид Монтгомери, профессор наук о Земле и космосе в Вашингтонском университете в Сиэтле и соавтор книги «Скрытая половина природы» о микробиоме почвы.

Микробы позволяют растениям производить антиоксиданты. «Другие бактерии и грибы объединяются для извлечения таких веществ, как фосфор, из почвы и переноса их в грибные гифы», - говорит Монтгомери.

Грибные гифы образуют сеть нитей из микоризы, похожих на паутину, и находятся в синергии с корнями растений. Поскольку растение естественным образом выделяет сахара в почву во время фотосинтеза - сахара, которые помогают питать гифы - гифы реагируют, обеспечивая растение азотом, фосфором и различными другими микроэлементами, такими как медь, цинк, магний, калий и железо. Это справедливая торговля, потому что растениям, как и людям, нужны эти минералы для существования.

Однако поврежденный почвенный микробиом теряет часть функций, хуже снабжает растения питанием, а растения, следовательно, дают нам менее полезных урожай.

Известный факт, многие сельхозугодья сегодня деградировали. Монтгомери рассказывает мне об исследованиях, показывающих быстрое снижение содержания минералов в фруктах, овощах и зерновых за последние 50 лет.

Одно исследование говорит, что содержание цинка в овощах упала на 59%, магния на 26%, а железа на 83%.

В аналогичном анализе, опубликованном в Журнале Американского колледжа питания, были изучены 43 культуры. Эксперты сравнили нынешние уровни питательных веществ с уровнями, зарегистрированными в 1950 году Министерством сельского хозяйства США (Минсельхоза США собирает эти данные с 1892 года), и обнаружили, что белок, кальций, железо, фосфор и витамины В2 (он же рибофлавин) и С заметно снизились.

«По оценкам, дефицит минералов поражает более трети человечества, вызывая проблемы со здоровьем как в развитых, так и в развивающихся странах. Минеральные элементы необходимы для сотен критических ферментативных реакций, и неадекватные уровни могут служить причиной разных заболеваний: сердечно-сосудистых, неврологических расстройств, анемии, повышенного риска инфекции и депрессии», - говорит Монтгомери.

Впрочем, не только больной почвенный микробиом несет ответственность за снижение питательных веществ. Зачастую в АПК сорта или гибриды растений выбираются по продуктивности или устойчивости к вредителям, а не по питательной плотности.

Секреты почвы

На сегодня перед учеными стоит задача выяснить, какие микробы являются неотъемлемой частью нашего благополучия и как помочь им процветать. Разнообразие и то, как относительно мало известно о них, ошеломляет.

Как объясняет Фирер, образец почвы с диких лугов в Канзасе может содержать более 20 000 различных видов микроорганизмов. Второй образец, взятый с того же места, всего в сантиметре, содержит уже совершенно другую популяцию микробов, также насчитывающую десятки тысяч.

Чистая биомасса микробов на одном акре здоровой почвы весит более 2,7 тонн, что эквивалентно большому внедорожнику.

Понимание микробиома почвы похоже на попытку составить карту каждой звезды в нашей галактике, поскольку существуют миллиарды и миллиарды микробов. «Мы знаем, что они там. Мы просто не знаем, что делает большинство из них и как они взаимодействуют друг с другом», - говорит Фирер.

По сути, почвенные микробы везде. Они прилипают к листьям, проникают в корневые системы, через устьица (дыхательные поры растений) и так далее. Внутри и снаружи растения пропитаны микробами, которые мы глотаем каждый раз, когда едим свежую растительную пищу.

«В одном листе шпината содержится более 800 различных видов бактерий, происходящих из почвы и окружающей среды», - говорит Кристофер Лоури, профессор интегративной физиологии и неврологии в Университете Колорадо в Боулдере. Попав в наш кишечник, полезные микробы улучшат и кишечный микробиом человека. Люди, употребляющие разнообразные овощи и фрукты, имеют и более разнообразный кишечный микробиом.

Прямой контакт с почвой также несет пользу. Исследования показали, что люди, которые живут и работают в фермерских и сельских сообществах, где они регулярно контактируют с почвой и содержащимися в ней микробами, более устойчивы к аллергии и астме.

Во время экспериментов на мышах ученые выяснили: даже незначительное воздействие почвенных бактерий усиливает реакцию иммунной системы на вредные патогенные микроорганизмы, включая паразитов, бактерии и вирусы.

Из почвы в мозг: бактерии могут сковать для нас эмоциональную броню

В течение последних двух десятилетий Лоури особенно интересовался видом микроба под названием Mycobacterium vacca, распространенным почти во всех почвах мира.

Вместе с коллегой Грэмом Руком, профессором медицинской микробиологии в Университетском колледже Лондона, ученые хотели узнать, был ли M. vaccae среди кишечных микробов, способных передавать сигналы в мозг.  (Теория «оси кишечника и мозга» - о том, что микроскопические обитатели кишечника могут каким-то образом «разговаривать» с нашей центральной нервной системой – популярна в некоторых научных кругах уже много лет).

Лоури и Рук провели эксперименты на мышах, вводя им М. vaccae, эти бактерии под микроскопом выглядит как полупрозрачные желтые личинки.

«Бактерии активировали очень специфическое подмножество серотонинсодержащих нейронов в мозге. Известно, что эти нейроны управляют эмоциями, особенно депрессией», - говорит Лоури.

Сейчас ученые продолжают эксперименты, исследуя биологический механизм, ответственный за антидепрессивный эффект и способность М. vaccae обеспечивать «эмоциональную броню».

Лоури и его коллеги также задавались вопросом, может ли M. vaccae смягчить резкое умственное снижение, которое встречается примерно у 40% людей после 60 лет, перенесших серьезную хирургическую операцию после 60 лет. Это называется послеоперационной когнитивной дисфункцией, и считается, что она является результатом мощного ответа организма во время и после операции.

Была разработана серия когнитивных тестов для оценки воздействия хирургического вмешательства на старых крыс, а затем животных привили  M. vaccae перед операцией. «Бактерии полностью предотвратили это когнитивное нарушение», - говорит Лоури.

Восстановление микробиомного разнообразия

Люди эволюционировали одновременно с почвенными бактериями. Это, вероятно, объясняет, почему наши микробиомы имеют одинаковую микробную ДНК, а также некоторые из тех же штаммов бактерий. Например, лактобациллы встречаются как в почве, так и в организме человека. Эти полезные пробиотические бактерии (присутствующие в таких продуктах, как йогурт) помогают расщеплять пищу и выделять питательные вещества в нашем кишечнике; их роль в почве аналогична.

Исследование 2019 года, опубликованное в журнале « Микроорганизмы», задокументировало уникальное родство между человеческими и почвенными микробиомами: «Они содержат одинаковое количество активных микроорганизмов, возможно, полезно рассматривать кишечный микробиом человека и почвенный / корневой микробиом как «суперорганизмы», которые при тесном контакте пополняют друг друга полезными инокулянтами, генами и молекулами».

Интересно, что при анализе разнообразие микробов в людях и почвах обнаруживается, что не только разнообразие обоих резко падает, но и происходит примерно с одинаковой скоростью.

Ученые определили несколько причин такого спада: наш переход от аграрного общества к индустриальному, современная гигиена и западный рацион, состоящий из продуктов с низким содержанием клетчатки и высокой степенью переработки.

В настоящее Фил Тейлор, получивший докторскую степень в области глобальной экологии в Университете Колорадо (Фирер был членом его диссертационного комитета), является соучредителем и исполнительным директором консалтинговой фирмы. Цель фирмы – помогать  фермерам создавать здоровую почву и зарабатывать деньги, делая это.

Тейлор советует всем почитать о сэре Альберте Говарде, английском ботанике и сыне фермера, который путешествовал по миру и собирал информацию о почвенных микробах.  «Он хотел знать, переходит ли здоровье почвы в здоровую пищу», - объясняет Тейлор. Хотя Говард тогда не мог определить точный механизм, но у него было достаточно неофициальных данных, чтобы заявить: почвенные микробы способны оздаравливать людей.

Первоначально жестоко высмеянный за свои теории, Говард потом станет пионером в области органического культивирования и микробиологии почвы.

В наши дни наука подтверждает все преимущества здоровья почвы, основанные на принципах восстановительного земледелия, когда растут численность и разнообразие микроорганизмов в ризосфере. Это минимизация вспашки, поддержание живых корней в земле круглый год (через покровные культуры), выращивание различных растений и привлечение домашнего скота на землю (выпас скота и навоз способствуют размножению почвенных микробов).

Недавний обзор 56 исследований, опубликованных в журнале PLoS One, показал, что образцы почвы, полученные на фермах, где не обрабатывали землю или не использовали синтетические химические вещества, поддерживали разнообразие культур и севооборот, содержали на 32-84% больше микробной массы (показатель здоровой почвы), чем в образцах земли из полей обычных ферм.

Исследования, проведенные в Институте Родейла, показали, что овес, перец, помидоры и морковь, выращенные на органических фермах, содержат на 18–36% больше минералов и антиоксидантов, чем обычные аналоги.

Наконец, здоровая почва также имеет другие преимущества -  стимулирование связывания углерода и удержание воды, что может помочь смягчить изменение климата.

Сегодня идея о том, что фермер может реанимировать бесплодную почву с помощью микробного коктейля, не выглядит диковинной. Микробные биоудобрения – в растущем тренде, это, пожалуй, один из самых динамично развивающихся сегментов в отрасли СЗР».

Источники: АгроXXI
Tuesday, 29 September 2020
Friday, 25 September 2020
All news