Forskere udgiver undersøgelse om istidens kulstofkredsløb

To forskere fra Montana State University har spillet en stor rolle i at opdage, hvordan mikrobielle samfund i smeltende gletsjere bidrager til jordens kulstofkredsløb, et fund, der har globale implikationer, da størstedelen af ​​Jordens gletsjere skrumper som reaktion på et opvarmende klima.

Heidi Smith, en postdoc forsker, og Christine Foreman, lektor i kemi- og biologisk teknik, begge fra Center for Biofilm Engineering i MSU's College of Engineering, var medforfattere til en artikel offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Natur Geovidenskab . Papiret blev offentliggjort på tidsskriftets hjemmeside den 3. april.

Med titlen "Mikrobiel dannelse af labilt organisk kulstof i antarktiske gletsjermiljøer, "Artiklen er medforfattet af forskere ved University of Colorado i Boulder, US Geological Survey, Stockholm Universitet i Sverige og Max Planck Institute for Marine Microbiology i Tyskland.

Artiklen udfordrer den fremherskende teori om, at mikroorganismer fundet i glacialt smeltevand primært forbruger gammelt organisk kulstof, der engang blev aflejret på gletsjeroverflader og inkorporeret i is, da gletschere blev dannet.

"Vi følte, at der var en anden side af historien, sagde Smith, avisens hovedforfatter. Smith opnåede en ph.d. i økologi og miljøvidenskab i MSU's afdeling for jordressourcer og miljøvidenskab i 2016, med Foreman som sin rådgiver.

"Det, vi viste for første gang, er, at en stor del af det organiske kulstof i stedet kommer fra fotosyntetiske bakterier", som også findes i isen, og som bliver aktive i takt med at isen smelter, sagde Smith. Ligesom planter, disse bakterier absorberer kuldioxid og danner igen en kilde til organisk stof.

Forskerholdet gjorde opdagelsen efter at have taget prøver af smeltevand fra en stor strøm, der flyder over overfladen af ​​en gletsjer i McMurdo Dry Valleys-regionen i Antarktis i 2012.

Bagefter, Smith tilbragte to måneder på Max Planck Institute for Marine Microbiology i Bremen, Tyskland, med støtte fra National Science Foundations flagskibs tværfaglige træningsprogram, det Integrative Graduate Education and Research Traineeship. der, hun arbejdede sammen med kolleger for at spore, hvordan forskellige kulstofisotoper bevægede sig gennem smeltevandets økosystem, giver holdet mulighed for at bestemme kulstoffets oprindelse og aktivitet.

Forskerne fandt i sidste ende ud af, at glaciale mikrober udnyttede kulstoffet produceret af de fotosyntetiske bakterier i højere grad end de ældre, mere komplekse kulstofmolekyler aflejret i isen, fordi det bakterielle kulstof er mere "labilt, " eller let nedbrydes. Det labile kulstof "er lidt som en Snickers-bar, "hvilket betyder, at det er en hurtig, energigivende fødekilde, der er mest tilgængelig for mikroberne, sagde Smith.

I øvrigt, forskerne fandt ud af, at de fotosyntetiske bakterier producerede omkring fire gange mere kulstof, end der blev optaget af mikroberne, hvilket resulterer i, at et overskud af organisk kulstof skylles nedstrøms. "Den økologiske påvirkning af dette biologisk producerede organiske kulstof på nedstrøms økosystemer vil blive forstærket på grund af dets meget labile natur, " sagde Foreman.

Selvom individuelle gletsjerstrømme eksporterer relativt små mængder organisk kulstof, den store masse af gletschere, som dækker mere end 10 procent af jordens overflade, betyder, at total glacial afstrømning er en vigtig kilde til materialet. Marine organisk kulstof understøtter vidtrækkende økologiske processer såsom produktion af planteplankton, grundlaget for havenes fødenet.

Efterhånden som gletschere i stigende grad smelter og frigiver det organisk producerede, labilt kulstof, "Vi tror, ​​at marine mikrobielle samfund vil blive mest påvirket, " sagde Smith. "Vi håber, at dette genererer mere diskussion."

I en "News and Views"-kommentar, der ledsager artiklen i Nature Geoscience, Elizabeth Kujawinski, en fast ansat videnskabsmand ved Woods Hole Oceanographic Institution, kaldte holdets arbejde "en elegant kombination" af forskningsmetoder.

Taget sammen med en anden undersøgelse offentliggjort i samme nummer af Natur Geovidenskab , om mikrobiel kulstofkredsløb i Grønland, Smiths papir "deflaterer ideen om, at gletsjeroverflader er dårlige værter for mikrobiel metabolisme, " ifølge Kujawinski. De to undersøgelser "har fastslået, at mikrobiel kulstofkredsløb på gletsjeroverflader ikke kan ignoreres, " tilføjede hun.