Obnova mikrobů v permafrostu: Co přináší tání?
Mikroby, uzamčeni v hlubokém permafrostu, který zůstává zmrzlý po dobu alespoň dvou let, se mohou po rozmrazení opět aktivovat. Pokusy na vzorcích z Aljašky ukazují, že začínají uvolňovat oxid uhličitý již během několika měsíců po tání, a to i z vrstev, které byly kdysi považovány za inertní.
Některé z těchto organismů spaly přibližně 40 000 let. Práce je zaměřena na vzorky odebrané z výzkumného tunelu nedaleko Fairbanks na Aljašce, kde zmrzlá půda zaznamenává starověké klima a ekosystémy. Vedl ji Tristan Caro, postdoktorandský výzkumný pracovník v geobiologii na Kalifornské technologické univerzitě.
Jeho výzkum se soustředí na to, jak dormantní mikróby přežívají ve zmrazených a kyslíkově chudých podmínkách a jak se opět aktivují. Severní půdy ukládají obrovské množství organického uhlíku, zhruba dvakrát více, než je nyní v atmosféře. Odemčení i malé části tohoto uhlíku hrozí přidáním dalších skleníkových plynů do ovzduší během období, kdy zůstávají půdy teplejší déle.
Permafrost se nachází v téměř 85 procentech Aljašky, což ovlivňuje silnice, řeky a ekosystémy. Tento rozsah pomáhá vysvětlit, proč nabízí hluboký tunel v této oblasti neobvyklé okno do dávné existence a proč mají jeho zjištění význam daleko za hranicemi Aljašky.
Většina zmrzlé půdy leží hluboko pod zónou letního tání a byla odpojena od slunečního světla a kyslíku po tisíce let. Tato izolace znamená, že biologie, která se zde probouzí, neodpovídá komunitám blízko povrchu. Výzkumníci odebrali vzorky z podzemního zařízení na sever od Fairbanks a uchovávali je v pečlivě uzavřených, kyslíkově chudých komorách, aby se předešlo kontaminaci. Incubovali vzorky při teplotách 39 a 54 stupňů Fahrenheita po dobu až šesti měsíců.
Aby sledovali čerstvé buněčné části, tým přidal deuterium, těžkou formu vodíku, do vody. Tento marker ukazuje, jak mikroby vytvářejí nové mastné membrány, když se rozmrazí a probudí, což je přímý znak růstu. Také použili metodu sledování stabilních izotopů lipidů, která sleduje nové buněčné membrány, a spojuje biochemickou aktivitu se změnami ve složení komunit v průběhu času.
V prvním měsíci byl pokrok pomalý, s tím, že pouze 0,001 až 0,01 procenta buněk bylo nahrazeno každý den. Tento zpožděný proces naznačuje, že k udržení stavu klidu dochází, zejména na místech, která se každou zimu znovu zamrzají. Na konci šesti měsíců se mikrobiální komunity reorganizovaly, ztratily rozmanitost a produkovaly lepkavé biofilmy, slizké vrstvy, které mikroby vytvářejí, aby se k sobě přichytily.
Aktivita odpovídala moderním povrchovým půdám, i když složení druhů bylo odlišné, což je připomínka, že funkce mohou přetrvávat, když se mění složení. Vědci zdůraznili, že vzorky rozhodně nebyly bez života, jasně ukazovaly známky mikrobiální aktivity a obnovy.
Jak čas plynul, kdysi dormantní mikroby se rozmrazily, začaly obnovovat své komunity a vytvářet viditelné biofilmy, což je důkaz, že starověký život může rychle získat sílu, když podmínky umožňují. Ranní plyny mohou také pocházet ze starobylých bublinek uvězněných v ledu, nikoli z čerstvé respirační aktivity.
V souladu s hlášením NOAA se arktické sezóny prodlužují, protože region se otepluje rychleji než celosvětový průměr. Delší teplá sezóna znamená, že hlubší vrstvy zůstávají tát dostatečně dlouho, aby se pomalé probouzení dokončilo. Jak se povrchová aktivní vrstva, tedy horní půda, která každé léto taje, prohlubuje, čerstvý kyslík a voda prosakují do starších zón, což otevírá pohřbenou organickou hmotu mikrobným procesům, které ji přeměňují na oxid uhličitý a metan, plyny, které zachycují teplo v atmosféře.
Pokud oteplování pokračuje, více tání by mohlo vytvořit nebezpečnou zpětnou vazbu, proces, kdy oteplování posiluje ještě větší oteplování. Vědci varovali, že to zůstává jednou z největších nejistot při předpovídání toho, jak klimatické systémy zareagují na rychlé změny v Arktidě.
Vědci vysvětlili, že jeden horký den v aljašském létě znamená mnohem méně než stabilní prodlužování teplé sezóny. Jak se léta prodlužují do jara a podzimu, mikrobiální komunity, které dříve zůstávaly dormantní během krátkých tání, mohou zůstat aktivní mnohem déle, což urychluje uvolňování uhlíku.
Experiment využil jedno zařízení a několik vzorků, takže jiné regiony se mohou chovat odlišně. Studené půdy v Sibiři nebo kanadské Arktidě drží odlišné komunity se svým vlastním tempem probouzení a růstu. I když, tato práce poukazuje na kritický problém načasování pro klimatické modely. Oteplení, které promění týdny podzimu na období tání, může posunout hluboké mikroby mimo jejich zpoždění a do plné aktivity během jediné sezóny.
Terénní testy, které sledovaly hloubku tání, tok plynů a lipidové markery bok po boku, by mohly zpřesnit předpovědi pro krátkodobé a dlouhodobé plánování. Inženýři také chtějí lepší mapy vrstev bohatých na led, aby mohli plánovat silnice, potrubí a budovy, které dokážou snést delší tání a zvýšené riziko usídlení. Týmy budou rovněž muset oddělit staré plynové bubliny od nových mikrobiálních emisí během terénních průzkumů, aby se předešlo míchání různých signálů. Tento rozdíl pomůže agenturám odhadnout krátkodobá rizika pro klimatické cíle a rozhodnout, kde investice do zmírnění začít.
Tato studie byla publikována v časopise Journal of Geophysical Research.
