Skjulte vidner til klimahistorie

De beboede engang havbunden og er blevet støt begravet:Mikroorganismer i sedimenterne på overfladen i bunden af ​​Det Arabiske Hav afslører detaljer om udsving i klima og miljøforhold i løbet af de sidste 52, 000 år.

Sedimenterne under havbunden rummer mikrobielle samfund, der overlever der på trods af mangel på både lys og ilt. Mange af mikroberne tilhører slægter, der engang levede direkte på havbunden, og blev gradvist begravet ved akkumulering af sedimenter. Men deres metaboliske veje har tilpasset sig de skiftende forhold. Imidlertid, disse celler vokser og deler sig nu meget langsomt, og er derfor under svag udvælgelse. Professor William Orsi fra Institut for Jord- og Miljøvidenskab ved LMU, i samarbejde med et internationalt team af forskere, har nu set nærmere på det mikrobielle liv i sedimentære kerner fra Det Arabiske Hav. Undersøgelsen afslører, at metabolismen af ​​en delmængde af disse mikroorganismer afspejler klimaets historie i denne region. De nye resultater, som optræder i online-journalen Naturvidenskabelige rapporter , også foreslå, hvordan mikrobielle samfund i havene kan reagere på global opvarmning.

Det Arabiske Hav er vært for verdens største iltminimumszone, hvor niveauet af opløst ilt er ekstremt lavt. Som resultat, oxidationshastigheden af ​​organisk stof i OMZ er drastisk reduceret. Overraskende nok, imidlertid, organisk kulstof er kun beriget i specifikke sedimentære lag, som er adskilt af mellemliggende lag, der indeholder meget lidt organisk materiale. Tidligere undersøgelser havde vist, at denne fordeling er korreleret med gentagne – og i geologiske termer meget hurtige – svingninger i vandtemperaturen:Varmt vand indeholder mindre opløst ilt, hvilket gør det muligt at akkumulere højere niveauer af organiske stoffer i sedimenterne. Ja, Sedimenter, der indeholder store koncentrationer af organisk materiale, blev aflejret i perioder, hvor den gennemsnitlige vandtemperatur steg med omkring 5°C i løbet af få årtier.

For at udforske virkningerne af disse temperaturoscillationer på de mikrobielle samfund i disse sedimenter, forskerne genfandt en 13 m kerne, der dækker de sidste 52, 000 års aflejring, og analyserede DNA'et til stede i forskellige dele af kernen. "Denne skærm gjorde os i stand til at karakterisere sekvenssammensætningen af ​​DNA'et på forskellige niveauer i sedimenterne og datere dem med en præcision på 100 år, " forklarer Orsi. Sekvensdataene giver igen indsigt i den metaboliske kapacitet af de mikroorganismer, der er begravet i sedimenterne. Analysen afslørede, at metaboliske aktiviteter for 10 til 15 % af bakteriegrupperne repræsenteret i deres kerneprøve afspejler de klimatiske forhold, der hersker ved gang sedimenterne blev aflejret. Denne delmængde består hovedsageligt af såkaldte denitrificerende og svovloxiderende grupper. Denitrifiers får deres metaboliske energi fra omdannelsen af ​​nitrater til molekylær nitrogengas og nitrogenoxider. "Uafhængigt af dybde og nitratniveau, afkræfterne blandt vores indikatorgrupper forekommer primært i sedimenter, der er rige på organisk materiale, og blev derfor aflejret i de varmere perioder. De får tilsyneladende det meste af deres energi fra gæringsreaktioner, " Orsi forklarer. "De var tydeligvis ret følsomme over for temperaturudsving, da de er fraværende i sedimenter, der indeholder reducerede mængder organisk kulstof. Så det fortæller os, for første gang, at hurtige klimatiske svingninger klart har indflydelse på mangfoldigheden af ​​denitrificerende bakterier."

Resultaterne giver også forskerne mulighed for at udlede, hvordan marine mikroorganismer sandsynligvis vil reagere på fremtidige ændringer i klimaet. I løbet af de sidste 50 år, niveauer af opløst ilt i havene har vist en tendens til at falde. Denitrifiserende bakterier i OMZ'er har tømt nitrogen fra økosystemet og omdannet det til drivhusgassen lattergas (N2O), som bidrager til den globale opvarmning. "Vores data viser, at efterhånden som iltniveauet i vandet falder - hvilket signalerer en opvarmningstendens - stiger den relative forekomst af denitrifiers. I øvrigt, deres artssammensætning har ændret sig fuldstændig siden sidste istid, " siger Orsi. Dette kan potentielt bidrage til en klimatisk feedback-mekanisme." Han og hans kolleger planlægger nu at udvide deres undersøgelser til andre områder af havene for at teste robustheden af ​​deres data fra Det Arabiske Hav.