Микробы в арктических почвах готовы реагировать на изменение климата

Арктика нагревается быстрее остальной планеты. Архипелаг Шпицберген к северу от Норвегии теплеет ещё быстрее остальной Арктики, что делает его «канарейкой в угольной шахте» для климатических исследований. Исследование, опубликованное в Frontiers in Microbiology, изучило, как микробные гены, ферменты и культуры взаимодействуют с углеродом, хранящимся в почвах Шпицбергена.

Исследование показало, что арктические микробы способны производить ферменты, разлагающие углеродные соединения в местных почвах. Эти ферменты также эффективно работают при низких температурах. Кроме того, обнаружены свидетельства, что почвенные микробы Арктики способны поглощать диоксид углерода (CO₂). Таким образом, они хорошо приспособлены, чтобы использовать условия таяния вечной мерзлоты.

Почвенные микробные сообщества играют ключевую роль в реакции экосистемы на быстрое таяние арктической вечной мерзлоты. Это исследование продемонстрировало, что микробы оснащены для реакции на эти изменения, способны разлагать широкий спектр типов почвенного углерода. Эта активность высвобождает углерод из почвы в атмосферу. Однако некоторые микробы также способны потреблять CO₂, удаляя его часть из атмосферы. Это означает, что микробы активного слоя вечной мерзлоты могут быстро реагировать на изменение климата, активно участвуя в петлях обратной связи между повышением температуры и углеродным циклом.

Измерения показывают, что активный слой вечной мерзлоты в Ню-Олесунне, Шпицберген (79 градусов северной широты), является небольшим чистым поглотителем углерода на грани превращения в источник углерода. Во многих экосистемах с вечной мерзлотой микробы в активных слоях управляют деградацией органического вещества и производством парниковых газов, создавая положительную обратную связь с изменением климата. Однако микробные метаболизмы, связывающие геохимические процессы и популяции, которые их осуществляют, не были полностью охарактеризованы.

В ходе исследования учёные использовали геохимические, ферментативные и изотопные данные в сочетании с экспериментами на культурах и метагеномных библиотеках двух кернов активного слоя почвы (BPF1 и BPF2). По сравнению с BPF1, BPF2 содержал гораздо больше лабильного органического вещества. Значения δ¹³C для неорганического углерода в BPF2 не коррелировали с таковыми для органического углерода, что указывает на более низкое гетеротрофное дыхание. Рост δ¹³C неорганического углерода с глубиной отражает либо автотрофный сигнал, либо смешение гетеротрофного источника у поверхности и литотрофного источника на глубине.

Потенциальная ферментативная активность ксилозидазы и N-ацетил-β-D-глюкозаминидазы увеличивается вдвое при 15 °C по сравнению с 25 °C, что указывает на холодовую адаптацию в культурах и общей почве. Потенциальная активность лейцин-аминопептидазы в почвах и культурах была на два порядка выше, чем у других тестируемых ферментов, что подразумевает использование организмами лейцина в качестве источника азота и углерода в этой среде с ограниченными питательными веществами.

Результаты показывают большую вариабельность в составе углерода в почвах активного слоя вечной мерзлоты на расстоянии всего 84 метра друг от друга. Они также свидетельствуют, что микробы активного слоя Шпицбергена часто ограничены доступностью органического углерода или азота, имеют адаптации к текущей среде и метаболическую гибкость для адаптации к потеплению климата.