Микробиом почвы подскажет, сколько тело пролежало в земле

Разложение — один из основополагающих процессов на Земле, позволяющий заново использовать биологические материалы умерших организмов. Важную роль в нем играют микроорганизмы, однако ученые не так много знают об их экологии. Исторически большая часть работ была посвящена разложению растительного материала, а не животных. Недавние исследования позволяют предположить, что сообщества микроорганизмов-редуцентов, собирающиеся в присутствии останков млекопитающих, являются в определенной степени универсальными. Неясно, как на них влияют такие переменные, как климат, сезон и регион. Понимание этих процессов важно не только для изучения экосистем, но и для криминалистики (например, для определения посмертного интервала).

В новой работе американские ученые исследовали этот вопрос на территории трех антропологических центров, располагающихся в двух климатических зонах США (лес умеренной зоны и полузасушливая степь). Они анализировали микробные сообщества, собирающиеся вокруг 36 человеческих останков в течение первого 21 дня разложения, методами метагеномики и метаболомики.

По наблюдению исследователей, тела на суше, находящиеся в одинаковых температурных условиях, разлагаются сходным образом в различных локациях. В полузасушливых условиях разложение происходило медленнее в течение 21 дня, что, вероятно, связано с более низкими температурами, влажностью и количеством осадков. Сезон тоже влиял на эти процессы, особенно летнее время.

Разлагающиеся тела выпускают большое количество азота (обычно в форме аммония), углерода и фосфора, что обычно приводит к гибели одних близлежащих растений и процветанию других. Метаболический профиль кожи трупа отличался от профиля окружающей почвы, но в них преобладали липидоподобные и протеиноподобные соединения тела и лингиноподобные растительные соединения. По мере разложения профили обогащались линолевой, алевритовой, пальмитиновой и длинноцепочечными жирными кислотами, жирными амидами и аминокислотами в целом. Авторы предполагают, что в течении первых недель разложения липидоподобные нутриенты накапливаются в почве, потому что редуценты предпочтительно используют протеиноподобные ресуры.

Попадание липидов и белков из тела в почву привлекает микроорганизмы-редуценты и способствует формированию особого микробного сообщества. Они сначала потребляют более доступные соединения (например, аминокислоты), а липиды временно оставляют в системе. Изучение метагентома почвы показало, что в умеренной зоне активно потребляют аминокислоты и углеводы такие микроорганизмы, как Oblitimonas alkaliphila (Thiopseudomonas alkaliphila) и Corynebacterium intestinavium. В полузасушливых условиях, в отличие от умеренных, метаболизм микробных сообществ менялся не так сильно с прогрессированием разложения.

Условия (климат и локация) значительно влияли на состав микробных сообществ почвы и функционирование их генов. В умеренной зоне в ходе разложения состав значительно менялся, разнообразие снижалось, в полузасушливой зоне эффект был не таким ярко выраженным. Сезон влиял скорее на химию почвы, а не на состав ее микробиома.

Но несмотря на влияние условий, существовала универсальная микробная сеть, отвечающая на разложение. В ее центре находится O. alkaliphila. Этот микроорганизм и другие представители (Ignatzschineria, Wohlfahrtiimonas, Bacteroides, Vagococcus lutrae, Savagea, Acinetobacter rudis и Peptoniphilaceae) редко встречаются в микробных сообществах живых людей или почвы. Даже представители Bacteroides, которые, как считалось, происходят из кишечника, скорее всего, образуют особую группу. В целом анализ показал, что редуценты почвы являются уникальным сообществом. Его представители составляют очень малую долю микроорганизмов почвы, пока не становятся доступными нутриенты из разлагающегося тела.

O. alkaliphila является донором аминокислот по отношению к Ignatzschineria, Acinetobacter, Savagea и Vagococcus lutrae и акцептором ионов железа, глутамата, пролина и лизина по отношению к Acinetobacter, Savagea, Vagoccocus и Ignatzschineria. Путресцин — зловонное соединение, выделяющееся при разложении. Авторы предположили, что оно играет важную сигнальную роль при формировании микробных сообществ, привлекая насекомых-переносчиков микробов, а также другие редуценты, например, грибы.

Грибы играют важную роль в разложении органики. Анализ выявил множество представителей Ascomycota. В частности, Yarrowia и Candida утилизируют липиды, белки и углеводы; их число коррелирует с O. alkaliphila. Исследователи предположили, что Yarrowia и Candida синтезируют аргинин и орнитин, которые потребляет O. alkaliphila и образует на их основе путресцин.

Авторы показали, что на основании микробного состава можно определить посмертный интервал. Причем наиболее информативны редуценты, ассоциированные с кожей. Вероятно, это связано с консервативностью человеческого микробиома. Особое внимание авторы уделили Helcococcus seattlensis, редуценту кожи, и Peptostreptococcus sp., Sporosarcina sp. и Clostridiales Family XI sp., редуцентам почвы. Они встречаются все чаще, пока продолжается разложение. Причем эффект не зависел от климата. Созданная ими машинная модель определила посмертный интервал с точностью до трех дней. Ошибки могут возникать из-за индекса массы тела человека, активности падальщиков и беспозвоночных некрофагов или осадков, которые не учитываются в модели.

Индекс массы тела умершего влияет на состав некробиома