Klimaændringer kan fordoble drivhusgasemissionerne fra ferskvandssøer

Hver dråbe ferskvand indeholder tusindvis af forskellige organiske molekyler, som tidligere er gået ubemærket hen. Ved at måle mangfoldigheden af ​​disse molekyler, og hvordan de interagerer med miljøet omkring dem, forskning har afsløret en usynlig verden, der påvirker funktionen af ​​ferskvandsøkosystemer og kan bidrage til drivhusgasemissioner.

Små lavvandede søer dominerer verdens ferskvandsområde, og sedimenterne i dem producerer allerede mindst en fjerdedel af al kuldioxid, og mere end to tredjedele af al metan, der frigives fra søer til vores atmosfære. Den nye forskning, offentliggjort i tidsskriftet PNAS , tyder på, at klimaændringer kan få niveauet af drivhusgasser, der udledes af ferskvandssøer i nord, til at stige med mellem 1,5 og 2,7 gange.

"Det, vi traditionelt har kaldt 'carbon' i ferskvand, viser sig at være en superdiversitet blanding af forskellige kulstofbaserede organiske molekyler, " sagde Dr. Andrew Tanentzap i Cambridges Institut for Plantevidenskab, der ledede forskningen. "Vi har målt 'kulstof' i ferskvand som en proxy for alt fra vandkvalitet til produktiviteten af ​​ferskvandsøkosystemer. Nu har vi indset, at det er mangfoldigheden af ​​denne usynlige verden af ​​organiske molekyler, der er vigtig."

Når klimaet opvarmes, vegetationsdækningen er stigende i skovene på de nordlige breddegrader. Ved at simulere denne effekt i to søer i Ontario, Canada, undersøgelsen fandt en øget mangfoldighed af organiske molekyler - molekyler indeholdende kulstof i deres struktur - der trænger ind i vandet i stoffet, der udskilles af nærliggende planter og træer.

Organiske molekyler er en fødekilde for mikrober i søens sedimenter, som nedbryder dem og frigiver kuldioxid og metan som biprodukter. Stigende niveauer af organiske molekyler kan derfor øge mikrobiel aktivitet og producere flere drivhusgasser.

Da de samme mikrober kan lave drivhusgasser fra mange forskellige organiske molekyler, mangfoldigheden af ​​organiske molekyler viste sig at være tættere forbundet med niveauer af drivhusgaskoncentrationer end diversiteten af ​​mikroberne. Ud over, en forhøjet mangfoldighed af organiske molekyler kan øge drivhusgaskoncentrationerne i vandet, fordi der er flere molekyler, der kan nedbrydes af sollys, der trænger ind i vandet.

For at udføre undersøgelsen, beholdere blev fyldt med varierende forhold mellem sten og organisk materiale - bestående af løv- og nåletræsstrøelse fra nærliggende skove - og nedsænket i de to søers lave vand. Analyse af prøverne to måneder senere, ved at bruge teknikkerne til massespektrometri med ultrahøj opløsning og næste generation af DNA-sekventering, viste, at mangfoldigheden af ​​organiske molekyler var korreleret med mangfoldigheden af ​​mikrobielle samfund i vandet, og at mangfoldigheden af ​​begge steg i takt med, at mængden af ​​organisk stof steg.

Nøjagtig forudsigelse af kulstofemissioner fra naturlige systemer er afgørende for pålideligheden af ​​beregninger, der bruges til at forstå tempoet i klimaændringer, og virkningerne af en varmere verden.

"Klimaændringer vil øge skovdække og ændre artssammensætning, resulterer i, at en større variation af blade og planteaffald falder i vandløb. Vi fandt ud af, at den resulterende stigning i mangfoldigheden af ​​organiske molekyler i vandet fører til højere drivhusgaskoncentrationer, " sagde Tanentzap. "Forståelse af disse forbindelser betyder, at vi kunne se på måder at reducere kulstofemissioner i fremtiden, for eksempel ved at ændre arealforvaltningspraksis."

Ændring af vegetationen omkring ferskvandsområder kan ændre de organiske molekyler, der ender i vandet. Holdet udvider nu deres undersøgelse ved at tage prøver fra 150 søer i hele Europa, at forstå de bredere økologiske konsekvenser af organisk molekylediversitet i naturlige ferskvandssystemer.