Reakcja mikroorganizmów na zmianę klimatu pozwala spojrzeć w przyszłość Arktyki
Arktyka odgrywa kluczową rolę w równoważeniu ziemskiego klimatu. Zmiany w tym polarnym regionie zapoczątkują efekt domina, który będzie odczuwalny na niższych wysokościach. Niepokojąca wiadomość jest taka, że w wiecznej zmarzlinie znajduje się około dwa razy więcej węgla niż w atmosferze Ziemi. Gdy wieczna zmarzlina ulega ociepleniu, mikroorganizmy znajdujące się w glebie „wybudzają się”, wspierając procesy, które stymulują uwalnianie pokładów węgla w postaci gazów cieplarnianych – CO2 i metanu. Finansowany w ramach działań Maria Skłodowska-Curie projekt MicroArctic powstał w celu pogłębienia naszej wiedzy na temat zdolności zbiorowisk mikroorganizmów do przystosowania się do szybko ocieplającego się klimatu Arktyki oraz ich reakcji na cykle biogeochemiczne. W ramach działań przeszkolono 15 naukowców na wczesnym etapie kariery w dziedzinie mikrobiologii i biogeochemii, aby mogli odpowiedzieć na potrzeby i zająć się zarządzaniem oraz przywództwem w zakresie interesów publicznych, politycznych i handlowych w tym regionie. Badacze projektu dokonali szeregu pomiarów czasowych i przestrzennych zmian w obrębie zbiorowisk mikroorganizmów w kilku siedliskach na Arktyce (w glebie, lodowcach i powietrzu) oraz zbadali interakcje mikroorganizmów z lokalnym klimatem. Ponadto przeprowadzili oni analizy stratygraficzne struktur i funkcji zbiorowisk mikroorganizmów na poziomie cząsteczkowym oraz pomiary geochemiczne i mineralogiczne w chronosekwencjach przedpola lodowca i złożach w wiecznej zmarzlinie. „Badanie dynamiki poszczególnych populacji i reakcji na zmiany klimatu ma kluczowe znaczenie dla oceny plastyczności i odporności siedlisk na ocieplenie klimatu. Pomaga to również w opracowaniu strategii, które pomagają ograniczyć niszczenie arktycznych ekosystemów o wysokiej różnorodności biologicznej” – zauważa Alexandre Anesio, koordynator projektu MicroArctic.
Mikroorganizmy glebowe ze starożytności wpływają na klimat Arktyki i roznoszą choroby
Globalne ocieplenie przyspiesza proces rozmarzania wiecznej zmarzliny, powodując uwalnianie do atmosfery dużych ilości silnego gazu cieplarnianego – metanu. Badacze projektu wykazali, że to bezpośrednie uwolnienie metanu może mieć miejsce ze zbiorowisk mikroorganizmów (zamrożonej materii organicznej) powstałych w wiecznej zmarzlinie tysiące lat wcześniej. Naukowcy przewidują, że w wyniku globalnego ocieplenia i rozmarzania wiecznej zmarzliny te starożytne mikroorganizmy uwolnią duże ilości metanu. Naukowcy badali również potencjalnie patogeniczne bakterie wyizolowane z różnych siedlisk na Spitsbergenie w Norwegii. „Wydzielane przez różne mikroorganizmy hemolizyny (lipidy i białka) powodują lizę czerwonych krwinek poprzez dezintegrację błony komórkowej. Mogłyby one w znacznym stopniu przyczynić się do określenia wirusów w modelach zwierzęcych. Hemolizę zaobserwowano u 32 z 78 gatunków bakterii wyizolowanych z siedlisk arktycznych”, zauważa Anesio. To ustalenie zespołu projektu odnotowano tutaj.
Aktywność mikroorganizmów nie ustaje w zimie
Początek sezonu letniego jest okresem o kluczowym znaczeniu dla stymulowania większej aktywności mikroorganizmów i obiegu składników odżywczych. Zespół projektu MicroArctic zidentyfikował jonowe impulsy składników odżywczych podczas pierwszych roztopów w sezonie letnim, które stymulują kwitnienie glonów na powierzchni lądolodu grenlandzkiego. Ponadto wydaje się, że przyspieszają one topnienie lodowców – w procesie nie uwzględnionym w obecnych modelach zmian klimatu. Chociaż w zimie procesy biologiczne zwalniają, zespół projektu MicroArctic wykazał, że mikroorganizmy mogą pozostawać aktywne w temperaturach znacznie niższych niż wcześniej sądzono. „Poprzez symulacje laboratoryjne wykazaliśmy, że aktywność mikroorganizmów i aktywne procesy biogeochemiczne mogą mieć miejsce nawet w ciemnych i chłodniejszych okresach zimy. To odkrycie mogłoby umożliwić pobieranie próbek mikroorganizmów przez cały rok, a nie tylko w sezonie topnienia Arktyki”, wyjaśnia Anesio. Interakcje pomiędzy gatunkami i ich plastyczność pomagają arktycznym mikroorganizmom przystosować się, przetrwać i rozwijać się w trudnych warunkach. Bogatsza wiedza na temat ich różnorodności biologicznej i interakcji wzmacnia potrzebę ochrony środowiska Arktyki dla dobra przyszłych pokoleń.
Słowa kluczowe
MicroArctic, Arktyka, mikroorganizm, wieczna zmarzlina, metan, zbiorowiska mikroorganizmów, plastyczność, globalne ocieplenie, rozmarzanie
