Sollys og de rigtige mikrober omdanner arktisk kulstof til kuldioxid

Næsten halvdelen af ​​det organiske kulstof, der er lagret i jord rundt om i verden, er indeholdt i arktisk permafrost, som har oplevet hurtig smeltning, og at organisk materiale kunne omdannes til drivhusgasser, der ville forværre den globale opvarmning.

Når permafrosten tøer op, mikrobielt forbrug af disse kulstofreserver producerer kuldioxid - hvoraf meget til sidst ender op i atmosfæren, men videnskabsmænd har været usikre på, hvordan systemet fungerer.

En ny undersøgelse offentliggjort i denne uge i Naturkommunikation skitserer mekanismerne og peger på vigtigheden af ​​både sollys og det rette mikrobielle samfund som nøgler til at omdanne permafrostkulstof til CO2. Forskningen blev støttet af U.S. National Science Foundation og Department of Energy.

"Vi har længe vidst, at mikrober omdanner kulstoffet til CO2, men tidligere forsøg på at replikere det arktiske system i laboratoriemiljøer er mislykkedes, " bemærkede Byron Crump, en biogeokemist fra Oregon State University og medforfatter på undersøgelsen. "Det viser sig, det skyldes, at laboratorieforsøgene ikke indeholdt et meget vigtigt element – ​​sollys.

"Når permafrosten smelter og lagret kulstof frigives til vandløb og søer i Arktis, det bliver udsat for sollys, som øger forfald af nogle mikrobielle samfund, og ødelægger aktiviteten for andre samfund. Forskellige mikrober reagerer forskelligt, men der er hundreder, selv tusindvis af forskellige mikrober derude, og det viser sig, at mikroberne i jord er godt rustet til at spise sollys-eksponeret permafrost-kulstof."

Forskerholdet fra Oregon State og University of Michigan var i stand til at identificere forbindelser, som mikroberne foretrækker ved hjælp af højopløsningskemi og genetiske tilgange. De fandt ud af, at sollys gør permafrostjorde mere velsmagende for mikrober, fordi det omdanner det til den samme slags kulstof, som de allerede kan lide at spise - det kulstof, de er tilpasset til at omsætte.

"Det kulstof, vi taler om, flytter sig fra jorden til floder og søer, hvor den er fuldstændig udsat for sollys, " sagde Crump. "Der er ingen træer og ingen skygge, og om sommeren, der er 24 timer i døgnet med sollys. Det gør sollys potentielt vigtigere ved omdannelsen af ​​kulstof til CO2 i Arktis end i en tropisk skov, for eksempel."

Mens klimaet fortsætter med at varme, der er interessante konsekvenser for Arktis, sagde Crump, som er fakultetsmedlem i OSU's College of Earth, Ocean, og Atmosfæriske Videnskaber.

"Den langsigtede prognose for det arktiske tundra-økosystem er, at opvarmningen vil føre til, at buske og større planter erstatter tundraen, som vil give skygge fra sollys, " sagde Crump. "Det betragtes som en negativ feedback. Men der er også en positiv tilbagemelding, i at sæsoner forventes at udvide sig. Foråret kommer tidligere, og efteråret bliver senere, og mere vand og kulstof vil komme ind i søer og vandløb med hurtigere nedbrydning af kulstof.

"Hvilken feedback vil være stærkere? Ingen kan sige med sikkerhed."

Indsatsen er høj, sagde Crump. Der er mere kulstof lagret i den frosne permafrost end i atmosfæren. Det har akkumuleret over millioner af år ved at planter vokser og dør, med en meget langsom henfaldsproces på grund af frostvejret.

"Noget af det organiske stof er mindre velsmagende for mikrober end andre, " Crump sagde, "men bakteriesamfund er forskellige, så der vil være noget derude, der vil have den energi og vil bruge den."