В апреле кафедра отметила 70-летний юбилей, а пятый выпуск журнала «Почвоведение» 2023 года полностью посвящен биологии почв.
Студенты, аспиранты и сотрудники кафедры отличаются особым трудолюбием, академичностью и междисциплинарностью исследований; студенты проходят производственную практику в передовых научно-исследовательских лабораториях Москвы: ФИЦ Биотехнологии РАН (Институт микробиологии имени С.Н.Виноградского), Институт биологии гена РАН (лаборатория молекулярной генетики), ФИЦ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева» (лаборатория почвенной микробиологии и биохимии), Всероссийская коллекция микроорганизмов ИБФМ РАН, Государственный институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов, Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды (лаборатория санитарной микробиологии), Институт проблем экологии и эволюции РАН (лаборатория экологии и функциональной морфологии высших позвоночных) и др.
О современных трендах в изучении биологии почв и направлениях работы кафедры мы поговорили с заведующим кафедрой Алексеем Львовичем Степановым:
«Почва представляет собой биокосное тело, то есть совокупность неживого и живого вещества. Микроорганизмы, являясь составной частью почв, во многом определяют ее современный облик - а почвенная биология занимается как раз изучением этих микроорганизмов.
Если сравнивать, например, коры выветривания на Земле и на Марсе, то с химической и физической точки зрения они мало отличаются друг от друга. Почва приобретает все свои уникальные свойства благодаря тому, что в ней присутствуют живые организмы. Именно в этом состоит отличие почвы от коры выветривания - она «живая». Численность и биомасса микроорганизмов в почвах может достигать очень больших величин. Так, число микробных клеток только в одном грамме почвы достигает 10 миллиардов, что сопоставимо с общим числом людей, которые обитают на земном шаре.
Биология почв на сегодняшний момент действительно может решать самые насущные проблемы человечества. Одной из них является распространение антибиотикорезистентности. Всемирная организация здравоохранения выделила 12 микробных штаммов, на которые уже не действует ни один современный антибиотик. Антибиотики находят широкое применение в животноводстве, птицеводстве и других отраслях, но с выделениями животных они попадают в окружающую среду, в почву, где формируются микробные сообщества, устойчивые к этим антибиотикам. Когда мы с удовольствием поглощаем свежие овощи и блюда, состоящие из морковки, редиса или листьев салата, то мы должны быть готовы к тому, что в пищеварительный тракт попадают микроорганизмы из почвы, на которой развивались растения. Особая опасность состоит в том, что среди них возможно присутствие штаммов, резистентных к большинству современных антибиотиков. Задача почвенной биологии - изучать процессы микробного разложения антибиотиков в окружающей среде, чему посвящено одно из новых научных направлений, развивающихся на кафедре. С другой стороны, благодаря колоссальной численности и разнообразию почвенных микроорганизмов, их микробиом можно рассматривать как источник микробных продуцентов новых антибиотиков. И этому направлению мы также уделяем особое внимание с момента основания кафедры. У нас формируются коллекции почвенных микроорганизмов, способных образовывать новые антибиотики, к которым еще не сформировалась устойчивость у большинства патогенных микроорганизмов.
Следующая проблема, с которой сталкивается современное общество – микропластик в окружающей среде. Всем известно, что пластик очень медленно разлагается, и микроскопические частицы пластика попадают в организм животных и человека, пройдя через слой почвы, например, с питьевой водой. Как правило, пластик легко электризуется, то есть имеет заряд. Микроорганизмы часто также имеют отрицательный заряд, поэтому они локализуются на микрочастицах пластика, попавших в организм человека и животных, вызывая развитие инфекционного процесса. Поиск путей разложения частиц микропластика в почвах и окружающей среде также находится в фокусе современных исследований.
Еще одно важнейшее научное направление – работа над проблемой деструкции ксенобиотиков, которые накапливаются в окружающей среде в результате применения гербицидов и других средств защиты растений. Это направление исследований, наравне с изучением проблемы очистки и ремедиации почв от нефти и нефтепродуктов, приобретает все более острый характер. Сейчас мы ищем микроорганизмы, создаём комбинации из различных микробов, которые способны разлагать продукты нефтепереработки или сырую нефть в окружающей среде. Наиболее сложным является решение этого вопроса для арктических экосистем, так как при пониженных температурах скорость разложения нефти очень затруднена. В рамках международной конференции, которую мы проводили в конце 2022 года в рамках председательства России в Арктическом совете, рассматривались вопросы биоремедиации арктического побережья с использованием микробных технологий, которые позволяют удалить остатки нефти и нефтепродуктов даже в таких экстремальных условиях.
Серьезной проблемой, с которой столкнулось человечество, стало глобальное изменение климата. Многие уверены, что основным источником парниковых газов является сжигание ископаемого топлива, но современная атмосфера формировалась в течение многих миллионов лет, ещё до промышленной эры, и основным источником парниковых газов выступали и продолжают выступать процессы микробного разложения органического вещества в почвах. В настоящий момент из почвы в атмосферу выделяется около 200 млрд тонн углерода ежегодно, а в результате сжигания топлива - всего 10 млрд тонн. Биология почв как раз решает вопросы, связанные с управлением микробными сообществами, которые осуществляют процессы трансформации органического вещества в природе и, в частности, в почвах. Решение проблемы образования и поглощения парниковых газов является одними из важнейших направлений развития почвенной биологии в настоящее время.
Современное сельское хозяйство немыслимо без применения минеральных удобрений и распашки почв. Как известно, в результате этого растёт продуктивность сельского хозяйства, но при этом увеличивается и активность почвенного микробиома, и, как следствие, растет скорость разрушения органического вещества. Поэтому распространенные способы ведения сельского хозяйства часто сопровождаются и повышенной эмиссией парниковых газов. Проблема управления почвенным микробиомом в процессе сельскохозяйственного использования почв, например, сокращения масштабов применения минерального азота за счёт увеличения доли биологического (или микробного) азота в питании растений, представляет большой интерес в научном мире, и является приоритетным в современной почвенной биологии.
Все направления исследований доступны студентам и аспирантам кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ. Их научные работы связаны с решением тех глобальных задач, о которых я говорил выше, но и не только их. Биология почв стала в наши дни большим и разнообразным научным направлением, и говорить о ней можно очень долго».
