Nogle få almindelige bakterier står for størstedelen af ​​kulstofforbruget i jorden

Kun nogle få bakterielle taxa, der findes i økosystemer over hele planeten, er ansvarlige for mere end halvdelen af ​​kulstofkredsløbet i jordbunden. Disse nye resultater, lavet af forskere ved Northern Arizona University og offentliggjort i Naturkommunikation denne uge, tyder på, at på trods af mangfoldigheden af ​​mikrobielle taxaer, der findes i vilde jorde, indsamlet fra fire forskellige økosystemer, kun tre til seks grupper af bakterier, der var almindelige blandt disse økosystemer, var ansvarlige for det meste af kulstofforbruget, der fandt sted.

Jord indeholder dobbelt så meget kulstof som al vegetation på jorden, og dermed forudsige, hvordan kulstof lagres i jorden og frigives som CO ₂ er en kritisk beregning i forståelsen af ​​fremtidens klimadynamik. Forskerholdet, som omfattede forskere fra Pacific Northwest National Laboratory, Lawrence Livermore National Laboratory, University of Massachusetts-Amherst, og West Virginia University, spørger, hvordan sådanne vigtige bakterielle processer skal redegøres for i jordsystem og klimamodeller.

"Vi fandt ud af, at kulstofcyklus virkelig styres af nogle få grupper af almindelige bakterier, sagde Bram Stone, en postdoc-forsker ved Center for Ecosystem Science and Society ved Northern Arizona University, der ledede undersøgelsen. "Sekvenseringsæraen har leveret en utrolig indsigt i, hvor forskelligartet den mikrobielle verden er, sagde Stone, som nu er på Pacific Northwest National Laboratory. "Men vores data tyder på, at når det kommer til vigtige funktioner som jordrespiration, der kan være en masse redundans indbygget i jordsamfundet. Det er et par almindelige, rigelige skuespillere, der gør den største forskel."

De bakterier - Bradyrhizobium , Acidobacteria RB41 , og Streptomyces - var bedre end deres sjældnere kolleger til at bruge både eksisterende jordkulstof og næringsstoffer tilsat jorden. Når kulstof og nitrogen blev tilsat, disse allerede dominerende slægter af bakterier konsoliderede deres kontrol med næringsstoffer, sluger mere og vokser hurtigere i forhold til andre tilstedeværende taxa. Selvom forskerne identificerede tusindvis af unikke organismer, og hundredvis af forskellige slægter, eller samlinger af arter (f.eks. slægten Canis omfatter ulve, prærieulve, og hunde), kun seks var nødvendige for at stå for mere end 50 procent af kulstofforbruget, og kun tre var ansvarlige for mere end halvdelen af ​​kulstofforbruget i den næringsstofforstærkede jord.

Brug af vand mærket med specielle isotoper af ilt, Stone og hans team sekventerede DNA fundet i jordprøver, følge iltisotoperne for at se, hvilke taxaer der inkorporerede det i deres DNA, et signal, der indikerer vækst. Denne teknik, kaldet kvantitativ stabil isotop-probing (qSIP), giver forskerne mulighed for at spore, hvilke bakterier der vokser i vild jord på niveau med individuelle taxa. Derefter redegjorde holdet for overfloden af ​​hver taxon og modellerede, hvor effektivt bakterier forbruger jordens kulstof. Modellen, der inkluderede taksonomisk specificitet, genom størrelse, og vækst forudsagde den målte CO ₂ frigives meget mere præcist end modeller, der kun kiggede på, hvor mange hver bakteriegruppe var. Det viste også, at kun få taxa producerede det meste af CO ₂ som forskerne observerede.

"Bedre forståelse af, hvordan individuelle organismer bidrager til kulstofkredsløb, har vigtige konsekvenser for styring af jordens frugtbarhed og reduktion af usikkerheden i klimaforandringer, sagde Kirsten Hofmockel, Microbiome Science Team Lead ved Pacific Northwest National Laboratory og medforfatter af undersøgelsen. "Denne forskning pirrer taksonomisk og funktionel mangfoldighed af jordmikroorganismer og beder os om at overveje biodiversitet på en ny måde."

"De mikrobielle demografiske data, som denne teknik afslører, lader os stille mere nuancerede spørgsmål, " sagde Stone. "Hvor vi plejede at karakterisere et mikrobielt samfund ved dets dominerende funktion, den måde, hvorpå en hel stat ofte rapporteres at have stemt 'for' eller 'imod' et stemmeforslag, nu, med qSIP, vi kan se, hvem der driver det større mønster – valgresultaterne, ' om du vil - på niveau med individuelle mikrobielle kvarterer, byblokke.

"På denne måde vi kan begynde at identificere, hvilke jordorganismer der udfører vigtige funktioner, som kulstofbinding, og studere dem nærmere."