Sollys stimulerer mikrobiel respiration af organisk kulstof

Sollys og mikrober interagerer for at nedbryde opløst organisk kulstof (DOC) i overfladevand, men videnskabsmænd kan i øjeblikket ikke forudsige hastigheden og omfanget af denne nedbrydning i hverken mørke eller lyse forhold. En nylig undersøgelse hjælper med at forklare, hvordan sollys ændrer sammensætningen af ​​organisk stof.

Den hastighed mikrober kan behandle DOC er sandsynligvis styret af en kombination af overflod og ustabilitet af DOC eksporteret fra land til vand og produceret ved fotokemiske processer, og den kapacitet og tidsskala, som mikrobielle samfund skal tilpasse sig for at metabolisere DOC, der har været udsat for sollys. Denne nye information kan hjælpe med at udvikle mere nøjagtige metoder til at vurdere tidligere klima.

Fotokemisk behandling af DOC leverer sandsynligvis omkring en tredjedel af den CO2, der frigives fra overfladevand i Arktis, ved enten direkte at mineralisere DOC til CO2 eller indirekte at ændre DOC's kemiske sammensætning og, på tur, hastigheder af mikrobiel respiration. På nuværende tidspunkt videnskabsmænd kan ikke forudsige hastigheden og omfanget af denne nedbrydning i hverken mørke eller lyse forhold. Et team af forskere fra University of Michigan, Woods Hole Oceanographic Institution, Oregon State University, og EMSL, det miljømolekylære laboratorium, en DOE Office of Science brugerfacilitet, kombinerede avancerede karakteriseringsteknikker for at karakterisere mikrobiel og DOC-sammensætning.

Forskerne karakteriserede output fra kortsigtede fotokemiske eksperimenter ved hjælp af Fourier-Transform Ion Cyclotron Resonance-massespektrometri ved EMSL sammen med målinger af mikrobiel aktivitet, samfundssammensætning, og genekspression. Under mørke forhold, de fandt mikrober hjemmehørende i dyb permafrost, eller overflade organisk lag jord, nedbryde den DOC, der var mest udbredt i begge jordarter.

De fandt, at eksponering for sollys enten producerede eller fjernede den rigelige mængde DOC, der bruges af mikrober, hvilket inducerede ændringer i vigtige metaboliske trin taget af de indfødte mikrobielle samfund for at tilpasse sig og nedbryde den lysændrede DOC. Ændring af permafrost DOC af sollys til forbindelser, der bruges af mikrober, resulterer i en dobbelt stigning i respirationshastigheder, tyder på, at når permafrost DOC eksporteres til solbeskinnet overfladevand, kan den hurtigt respireres til CO2. Den koblede fotokemiske og biologiske nedbrydning af permafrost DOC kan blive en stadig vigtigere bestanddel af det arktiske kulstofbudget, efterhånden som temperaturen stiger. De nye resultater kunne bruges til at udvikle mere præcise metoder til vurdering af klimaprocesser.