Интеграция метагеномов почвы и химии органического вещества в масштабах континента выявляет повсеместную микробную способность к разложению химически стойкого углерода

Разложение почвенного органического вещества (ПОВ) микроорганизмами представляет собой значительную неопределённость при прогнозировании обратных связей между наземными экосистемами и атмосферой по углероду, отчасти потому, что нам не хватает понимания микробного разнообразия, участвующего в деполимеризации различных углеродных пулов по экологическим градиентам. Мы устраняем этот пробел, используя континентальную по масштабу базу данных, связывающую шотган-метагеномы с высокоразрешающей химией ПОВ, собрав 0,76 Тбп прокариотических метагеномно-собранных геномов (MAG) (828 геномов) и идентифицировав 66 727 молекул ПОВ из 47 стандартизованных почвенных кернов США, отобранных по показателям дыхания из 106 почв. Интеграция этих наборов данных выявляет широкую микробную потенциальную способность к деполимеризации химически стойкого ПОВ, ранее считавшегося стабильным. Мы обнаруживаем комплементарную метаболическую специализацию между родами, аффилированными с двумя обильными порядками бактерий — Rhizobiales и Chthoniobacterales, и одним порядком архей — Nitrososphaerales. Это метаболическое разделение сохраняется на разных глубинах почвы и уровнях активности, что указывает на согласованное разложение сложного ПОВ посредством различных, но дополняющих друг друга биохимических стратегий. Потенциал метаболизма для деполимеризации химически стойких соединений подтверждается распространённостью этих молекул в почвах, как показано методом ионно-циклотронной резонансной Фурье-спектрометрии (FTICR-MS), и анализом баланса потоков метаболических моделей. Наши результаты показывают, что значительная доля кажущегося стабильным ПОВ остаётся уязвимой к микробному разложению — механизму, не учтённому в современных моделях земной системы.