At lære de mikrober at kende, der driver klimaændringerne

En ny forståelse af mikrober og vira i optøende permafrost i Sverige kan hjælpe forskere med bedre at forudsige klimaændringernes tempo.

Mikrober har betydelig indflydelse på den globale opvarmning, primært gennem produktion af – eller forbrug af – metan, og nye detaljer om disse mikroskopiske væseners genetik er nu tilgængelige, takket være en trio af undersøgelser fra et projekt ledet af forskere ved Ohio State University.

Forskningen vises i Natur , Naturens mikrobiologi og ISME Journal .

"På grund af de globale klimaændringer, enorme mængder permafrost opvarmes hurtigt. Til mikrober, de er som frysere fulde af saftige kyllingemiddage, der optøer, " sagde Virginia Rich, en assisterende professor i mikrobiologi ved Ohio State og undersøgelsesforfatter.

"I mange tilfælde, mikrober drager fordel af denne situation til at tygge op i, hvad der er i permafrosten og ånde metan ud. At metan virkelig pakker en miljøpåvirkning, med 33 gange den klimavarmende effekt af kuldioxid."

Mange af disse bakterielle "forbrugere" og de vira, der påvirker dem, er blevet identificeret for første gang i disse undersøgelser.

Mens forskere har en klar forståelse af farerne ved optøning af permafrost ved frigivelse af metan, de har ikke haft mange detaljer om ins og outs af disse mikrobielle samfund og deres bidrag til processen.

"Problemet er, vi kender ikke alle de involverede mikrober, og hvordan de vil reagere på klimaændringer, når forholdene bliver varmere og vådere, og for at gøre et bedre stykke arbejde med at forudsige, hvad der vil ske i de kommende årtier, har vi brug for mere information om nøgleaktørerne, "Sagde Rich.

Matt Sullivan, professor i mikrobiologi ved Ohio State og seniorforfatter på virusstudiet, sagde, at forskningen også er vigtig, fordi den bidrager meget til den generelle forståelse af, hvad der sker i jorden.

"Selvom vi har lært meget om havvirus i de seneste årtier, vi ved næsten intet om jordvirus, " sagde han. "Dette værks vira er så nye, at de har fordoblet det samlede antal kendte vira i verden."

Den multinationale undersøgelse blev udført i den del af Sverige i den arktiske cirkel, et af de bedste steder i verden at studere optøning af permafrost på grund af de hurtige ændringer der sker der og på grund af mangeårigt og veldokumenteret videnskabeligt arbejde i området, sagde Rich.

Et team af forskere fra 10 organisationer med ekspertise inden for en række forskellige områder, herunder mikrobiologi, geokemi og klimamodellering arbejder sammen i IsoGenie-projektet, ledet af Ohio State's Rich, at finde ud af, hvordan de bedre kan forudsige fremtidige klimaændringer baseret på forbedret forståelse af forbindelserne mellem mikrober og geokemi.

I disse undersøgelser, de kom sig mere end 1, 500 mikrobielle genomer i jorden, hvilket var 100 gange, hvad der tidligere var tilgængeligt for disse levesteder. De fandt også mere end 1, 900 nye viruspopulationer, hvor ingen tidligere var identificeret. Et genom er det komplette sæt af gener, der findes i en organisme.

Forskerne var i stand til at forbinde mere end en tredjedel af vira til de mikrober, de påvirker.

"Nu, vi har en køreplan fra disse genomer for at kunne forstå de roller, de spiller i disse samfund, " sagde Sullivan.

Ved at se på mikrobernes genom, holdet var i stand til at finde ud af, hvilke kapaciteter de har.

"Det er som om, at vi nu ikke kun har deres fingeraftryk, men også deres CV'er, at vide, hvem de er, og hvad de er i stand til. Det næste trin er at finde ud af mere af, hvad de faktisk aktivt laver ude i marken, " sagde Rich.

Dette er vigtigt af flere grunde, hun sagde.

Det vil gøre det muligt for klimaforskere bedre at vurdere hastigheden af ​​klimaændringer, give mennesker en klarere tidsplan for reaktion. Undersøgelsen af ​​disse hurtigt skiftende levesteder hjælper også offentligheden bedre med at sætte pris på virkeligheden af ​​klimaændringer, sagde Rich. Desuden, der kan være muligheder for at afbøde disse virkninger, herunder potentialet til at "befrugte" områder med permafrost for at fremme miljøbeskyttende mikrobiel aktivitet, hun sagde.

Ikke alt om de mikrobielle samfund i permafrosten er dårlige nyheder. Nogle, kaldet metanotrofer, indtage metan i jorden, før det kommer til luften, hvilket er godt for miljøet.

"Efterhånden som forholdene bliver varmere, vil mikroberne ændre sig, og nogle der spiser metan kan stige op, "Sagde Rich.