EOS: В арктических почвах микробы, поглощающие метан, могут одержать верх над метанобразующими
Новое исследование показывает, что метанотрофы, включая те, которые поглощают метан из воздуха, по-видимому, вытесняют метаногенов в засушливых условиях.
В Арктике ключевой фактор будущего изменения климата скрывается под землёй, оставаясь невидимым.
Микробы в слоях почвы, расположенных непосредственно над многолетней мерзлотой, метаболизируют углерод, превращая его в углекислый газ и метан, гораздо более мощный парниковый газ. По мере нагревания этих почв высвобождается всё больше углерода, что потенциально запускает цикл обратной связи, вызывающий потепление, который иногда называют «метановой бомбой». Новые исследования микробных обитателей арктических почв показывают, что такой порочный круг может быть неизбежным.
Каталогизируя виды микробов, обнаруженных в вечномёрзлых почвах по всей Арктике, а также в недавно оттаявшей многолетней мерзлоте, группа исследователей получила более чёткую картину микробного разнообразия арктических почв, а также того, как эти микробные сообщества меняются по мере потепления окружающей среды. Один из ключевых выводов их статьи, недавно опубликованной в журнале Nature Communications Earth and Environment, заключается в том, что при определённых условиях в Арктике может быть больше микробов, питающихся метаном, чем микробов, вырабатывающих метан, а это означает, что почва может фактически стать поглотителем углерода.
«Возможно, по разным причинам эти системы на самом деле не производят тот метан, который, как мы считаем, они способны производить», — сказала Джессика Бузер-Янг (Jessica Buser-Young), микробиолог из Университета Аляски в Анкоридже, не участвовавшая в исследовании.
Микробы и метан
С 2010 года консорциум европейских учёных собирает образцы многолетней мерзлоты в Арктике, пробираясь сквозь верхний и подпочвенный слои, а также в многолетней мерзлоте. Сбор этих образцов в обширных, отдалённых и покрытых льдом северных районах мира затруднён, но группа собрала образцы по всей Канаде, Гренландии и Сибири. В новой статье исследователи провели геномный анализ микробиома восьми образцов многолетней мерзлоты и почвы панарктического региона, а также образцов как нетронутой, так и деградировавшей многолетней мерзлоты вблизи Фэрбанкса, Аляска. Они сосредоточились на микробах, включая бактерии и археи, которые либо выделяют, либо потребляют метан — парниковый газ, который может быть в 30 раз более мощным, чем углекислый газ. Когда исследователи изучили данные, первым сюрпризом для них стало отсутствие разнообразия как среди метанпродуцирующих микробов, или метаногенов, так и среди метанпотребляющих микробов, или метанотрофов, сказал соавтор исследования Тим Урих (Tim Urich), микробиолог из Университета Грайфсвальда в Германии. Среди метанотрофов в образцах во всех местах доминировал один род — Methylobacter. Эти бактерии встречаются по всей Арктике, часто обитая в слоях почвы непосредственно над своими метаногенными коллегами, потребляя метан, который поднимается снизу. Почему именно этот род оказался настолько успешным, пока неизвестно, сказал Урих.
Анализ «действительно требует более детального изучения представителей этой конкретной клады, чтобы понять экофизиологию и их реакцию на изменяющиеся условия в почве», — сказал Урих.
Возможное обезвреживание метановой бомбы
Урих и его соавторы также исследовали участки, где оттаяла многолетняя мерзлота, сравнивая влажные и сухие места. Участок с влажными почвами содержал больше метаногенных микробов, которые процветали в условиях недостатка кислорода. Напротив, в сухих местах преобладали метанотрофные микробы, особенно те, которые обладают уникальной способностью поглощать метан из воздуха и превращать его в менее активный углекислый газ. Исследователи отметили, что хотя эти факультативные метанотрофы способны метаболизировать атмосферный метан, на практике они не всегда это делают.
Как бы то ни было, сказал Урих, более тёплая и сухая Арктика может быть благом для меняющегося климата.
«Всё действительно зависит от гидрологического состояния этих почв», — сказал он.
Если Арктика окажется в засушливом регионе, её почвы могут стать чистым поглотителем метана (хотя и не слишком значительным), поскольку микробы начнут поглощать газ из воздуха. Механизм, описанный Урихом и его коллегами, — не единственный потенциальный цикл отрицательной обратной связи по метану. В недавней статье в журнале AGU Advances Бузер-Янг и её соавторы обнаружили, что микробы в дельте реки Коппер на Аляске, использующие железо для своего метаболизма, начали вытеснять микробов, производящих метан, что потенциально снижает выбросы метана.
«Мы полагаем, что это может происходить повсюду, где есть ледники в мире», — сказала Бузер-Янг.
Исследования, подобные исследованию Уриха, ясно показывают, что, хотя таяние многолетней мерзлоты Арктики является очевидным признаком изменения климата, его вклад в потепление менее очевиден, считает Кристиан Кноблаух (Christian Knoblauch), биогеохимик из Гамбургского университета, не участвовавший в исследовании.
«У нас было так много статей об этой метановой бомбе, — сказал он. — Я думаю, это было чрезмерное упрощение или переоценка объёма выброса метана».
Будущее метана всё ещё не определено
Исследователи по-прежнему сталкиваются с нехваткой данных об изменениях в Арктике.
В списке потенциально ценных данных Урих выделяет исследования экофизиологии микробов, связанных с метаном, которых он и его коллеги обнаружили в арктических почвах. Такие исследования, помимо прочего, предоставят больше информации об изменении метаболизма микробов в ответ на потепление и изменение уровня кислорода.
Урих также предупредил, что в его исследовании не измерялись уровни выделения или поглощения метана арктическими почвами, что оставляет без ответа вопрос о фактическом воздействии микробов на окружающую среду.
Кноблаух вновь подчеркнул необходимость дополнительных данных, отметив, что пока невозможно с уверенностью сказать, будет ли Арктика в будущем более влажной или более сухой, и, следовательно, как будет выглядеть выброс метана.
«У нас есть множество моделей и множество прогнозов, но у нас не так много данных о наземных условиях», — сказал он. «Я думаю, что на самом деле главные вопросы заключаются в том, насколько быстро разлагается материал, насколько он растает и через какое время он разложится и затем высвободится, а также как на систему повлияет изменение растительности».