Proceedings of the National Academy of Sciences: Реакция микробных сообществ тундровых почв на экспериментальное потепление в течение половины десятилетия на двух критических глубинах
Ожидается, что продолжающееся таяние вечной мерзлоты будет стимулировать высвобождение парниковых газов вследствие оживления микробной активности, угрожая ещё больше усугубить изменение климата (вызвать положительную обратную связь). В этом исследовании был проведён уникальный полевой эксперимент по нагреванию на Внутренней Аляске с целью способствовать деградации поверхности вечной мерзлоты при сохранении однородных гидравлических условий. После пяти зим экспериментального потепления на ~ 1°C на границе отступившей вечной мерзлоты/активного слоя наблюдались сдвиги микробных сообществ, что отражало более редкие условия, включая усиление метаногенеза. Напротив, повышенное использование углеводов (дыхание) наблюдалось в поверхностном слое. Эти сдвиги были связаны с наблюдаемым увеличением выбросов CO2 и CH4 на исследуемом участке и в окружающей экосистеме. В совокупности полученные результаты демонстрируют быстрое реагирование микробов на потепление и определяют потенциальные биомаркеры, которые могут быть важны при моделировании.
В тундровых почвах северных широт имеются значительные запасы углерода (С), которые очень чувствительны к микробной деградации при повышении глобальной температуры. Знание величины и направления (например, выброса С или секвестрации) реакции микробных сообществ на потепление необходимо для точного моделирования изменения климата. В этом исследовании участок почвы аляскинской тундры был подвергнут экспериментальному нагреву на ∼1,1°C (по сравнению с температурой окружающей среды), а состояние микробных сообществ было оценено с использованием метагеномики через 4,5 года на двух глубинах: от 15 до 25 см (активный слой в начале эксперимента) и от 45 до 55 см (переходная зона на границе вечной мерзлоты и активного слоя в начале эксперимента). В отличие от небольших или незначительных сдвигов после 1,5 лет нагрева, нагрев в течение 4,5 лет привёл к значительным изменениям во многих функциональных признаках и соответствующих таксонах (таксон - группа в классификации, состоящая из дискретных объектов, объединяемых на основании общих свойств и признаков (Википедия)) относительно контрольных участков (без потепления), а микробные сдвиги качественно отличались на двух глубинах почвы. На глубине 15-25 см наблюдалось увеличение содержания генов утилизации углеводов, что коррелировало с повышенным дыханием углерода в экосистеме. В слое 45-55 см отмечен повышенный потенциал метаногенеза, соответствовшийл трёхкратному росту численности одной архейной клады отряда Methanosarcinales, увеличению продолжительности годового оттаивания (45,3 против 79,3 дня) и увеличению выбросов CH4. В совокупности эти данные демонстрируют, что реакции микробов на потепление в тундровой почве бывают быстрыми и заметно различаются в рассмотренных слоях почвы и тем самым определяют потенциальные биомаркеры для соответствующих микробных процессов, которые могут быть важны при моделировании.
