Drzewo i jego mikrobiom

Wokół tajemnicy życia na Ziemi

Każdy z nas zapewne zdaje sobie sprawę, że jego ciało zasiedlają liczne mikroorganizmy, chociaż większość myśli o nich bez sympatii. Nasze ciało posiada mikrobiom jelitowy i skórny. Według najnowszych obliczeń około 39 bilionów komórek ludzkiego ciała to komórki mikroorganizmów, stanowią one 57% wszystkich komórek organizmu człowieka (Sender et al. 2016). Dotyczy to jednak wszystkich organizmów.

Ostatnie lata przyniosły przełomowe wyniki badań nad uniwersalnością i różnorodnością mikroorganizmów zasiedlających organizmy roślinne i zwierzęce. Złożone wielokomórkowe organizmy nie są i nigdy nie były organizmami autonomicznymi, lecz raczej jednostkami biologicznymi zbudowanymi z licznych symbiotycznych drobnoustrojów. Zwierzęta i rośliny nie są już przedstawiane jako autonomiczne byty, ale raczej jako sieci złożone z żywiciela i powiązanych z nim drobnoustrojów. Każde zwierzę i roślina są „holobiontami” („biont” – istota żywa), biologiczną siecią złożoną z gospodarza i milionów mikroorganizmów (Bordenstein, Theis 2015). O „rozmowach” toczących się w organizmach wielokomórkowych badacze mówią: „Wielokierunkowa sieć powiązań, poprzez którą możliwe jest przesyłanie sygnału i porozumiewanie się bakterii z bakteriami, bakterii z gospodarzem i gospodarza z bakteriami sprawia, że mikroorganizmy wraz z komórkami gospodarza tworzą kompleksowy interaktywny ekosystem decydujący o wielu różnych procesach biologicznych, w tym o zdrowiu lub o chorobie” (Hörmannsperger, Haller 2010). Właściwie nie ma sensu już mówić o indywidualnych jednostkach – osobnikach. Biologia, czyli nauka o żywych organizmach, niepostrzeżenie przeszła w ekologię – naukę o zależnościach między żywymi organizmami.

Badania nad mikrobiomem człowieka dowodzą, że konsorcja bakterii, grzybów, archeonów, protistów mają ogromne znaczenie dla dobrostanu gospodarza. Mikroorganizmy zamieszkujące nasze ciało decydują o naszym zdrowiu, a także warunkują to, jak się rozwijamy, czujemy, zachowujemy, a nawet na nasze kontakty społeczne (Bordenstein, Theis 2015). Czy podobnie jest u roślin i drzew? Czy zasiedlająca je mikrobiota decyduje o ich zdrowiu? Badania mikrobiomów związanych z drzewami skupiały się głównie na odsłoniętych powierzchniach, takich jak korzenie, liście czy kora drzew. Pomijane było do tej pory drewno, a ono stanowi zdecydowaną większość biomasy drzew. Obecność wewnętrznej („endofitycznej”) mikrobioty w roślinach jest od dawna znana. Została ona zbadana na przykładzie różnych modelowych roślin zielnych i rolniczych. Badań nad mikrobiomem dominującego składnika biomasy drzew, pni żywych drzew było do tej pory niewiele.

Wyatt Arnold z Yale University i dziewięcioro innych badaczy ze Stanów Zjednoczonych i Peru opisują znaczenie kluczowego gracza decydującego o zdrowiu drzew i funkcjach ekosystemu leśnego, jakim okazuje się mikrobiom zamieszkujący i przystosowany do drewna. Podobnie jak każdy z nas ma unikalną mikrobiotę jelitową, na podobieństwo odciska palców, także drewno drzew cechuje się wyspecjalizowanym mikrobiomem charakterystycznym dla poszczególnych gatunków żywicielskich. Autorzy szacują, że w drewnie przeciętnego żywego drzewa na 20 komórek roślinnych przypada 1 komórka bakteryjna. Zatem w drewnie drzewa ważącego około 5000 kg, zamieszkuje około 1 biliona bakterii. Liczne bakterie związane z drzewem znajdują się także w strefie ryzosfery i na zewnętrznych powierzchniach. Poszczególne warstwy drewna – twardziel i biel podkorowa są zamieszkiwane przez odmienne zespoły mikroorganizmów z niewielkim podobieństwem do innych tkanek roślinnych lub pobliskich składników ekosystemu. Zwraca uwagę mikrobiom bieli podkorowej, który okazuje się tworzyć unikalną niszę ekologiczną, wyróżniającą się endemicznymi archeonami i bakteriami beztlenowymi, które odpowiadają za przebieg procesów biogeochemicznych (Wyatt et al. 2024). Badania dowodzą, że drzewa, podobnie jak i ludzie to holobionty, jednostki ekologiczne obejmujące gospodarza i towarzyszące mu mikroorganizmy, które warunkują zdrowie i funkcjonalność gospodarza.

Prof. Piotr Skubała

Literatura:
- Bordenstein S. R., Theis K. R. 2015. Host Biology in Light of the Microbiome: Ten Principles of Holobionts and Hologenomes. „PLoS Biology” 13(8): e1002226, 3. doi.org/10.1371/journal.pbio.1002226.
- Hörmannsperger G., Haller D. 2010. Molecular crosstalk of probiotic bacteria with the intestinal immune system: clinical relevance in the context of inflammatory bowel disease. „International Journal of Medical Microbiology” 300: 63–73. DOI: 10.1016/j.ijmm.2009.08.006.
- Sender R., Fuchs S., Milo R. 2016. Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. „PLoS Biology” 14(8), e1002533, 3; doi.org/10.1371/journal.pbio.1002533.
- Wyatt A., Gewirtzman J., Raymond P. A. 2024., A diverse and distinct microbiome inside living trees. „BioRxiv”, doi: doi.org/10.1101/2024.05.30.596553.