Ученые нашли еще один повод беспокоиться о районах вечной мерзлоты в Арктике

Челси Харви, The Washington Post

Беспокойства по поводу таяния многолетнемерзлых пород и сопутствующих ему углеродосодержащих выбросов уже стали обычным делом в разговорах об изменении климата. Однако ученые спешат напомнить, что в этом вопросе многое все еще остается для них непонятным. И один из самых важных вопросов имеет отношение к одним из самых маленьких обитателей Арктики.

Микроорганизмы, живущие в почве Арктики, вносят важнейший вклад в участие многолетнемерзлых пород в круговороте углерода. Эти малыши поглощают органические вещества в почве (процесс, известный как разложение) и производят побочные углеродные продукты, такие как углекислый газ и метан, которые могут попасть в атмосферу.

В целом ученые знают, что потепление приводит к таянию многолетнемерзлых пород, что ведет к большей активности микробов и увеличению углеродосодержащих выбросов. Но как именно эти микробные сообщества изменяются в ответ на потепление почвы, было малопонятно. «Мы используем модели для прогнозирования реакции экосистемы на увеличение температуры или повышение концентрации углекислого газа, — говорит Цзичжун Чжоу, директор Института экологической геномики при Университете Оклахомы. — Но у нас мало информации о том, как на это отреагируют микробные сообщества».

Чжоу с группой коллег из университетов США и Китая опубликовал новое исследование, выходящее сегодня в журнале Nature Climate Change, в котором пытается пролить свет на специфические способы, которыми микробные сообщества реагируют на резкое повышение температуры почвы, и выяснить, как это может повлиять на объем вырабатываемого ими углерода. Это действительно важный вопрос, учитывая, что многие эксперты опасаются, что в будущем многолетнемерзлые породы могут стать значительным источником обратного углеродного воздействия. С увеличением тепла увеличивается и выброс углерода из тающих многолетнемерзлых пород, что ускоряет атмосферное потепление и ведет к еще большему таянию, образуя своеобразный порочный круг.

«Нам определенно нужно больше знаний о реакции микробных сообществ, в особенности в полевых условиях, чему как раз и посвящено данное исследование», — считает Метте Марианне Свеннинг, профессор арктической и морской биологии в Арктическом университете Норвегии, не принимавшая участие в написании данной статьи.

В рамках данного исследования ученые провели полевой опыт в тундре Аляски, в ходе которого земля была разделена на участки. Зимой ученые имели возможность управлять температурой почвы некоторых из участков, добавляя на них снег, изолировавший и согревавший землю. Весной они убирали лишний снег для предотвращения просачивания в грунт излишков талой воды. Через полтора года ученые собрали образцы со всех участков и сравнили состав микробных сообществ с прогревавшихся и остававшихся нетронутыми участков. Также они наблюдали за продуктивностью растений, скоростью разложения и чистыми потерями углерода на различных участках.

Выяснилось, что согревание оказало огромное влияние на микробные сообщества вплоть до их генетического строения. Микробные сообщества с согреваемых участков демонстрировали значительный рост генов, связанных с их способностью разлагать углерод. Эта находка позволяет предположить, что большее количество тепла может привести к увеличению объема производимых выбросов, что делает роль микробов в глобальном потеплении более значимой. А увеличение дыхания экосистемы подогреваемых участков, то есть количества производимого системой углекислого газа, составило до 38 процентов. «Полученные в ходе исследования данные в области генетики также позволили сделать вывод, что микробы могут производить большое количество других выбросов, например, метана», — добавляет Мэнтин Юань, научный ассистент Института экологической геномики при Университете Оклахомы и один из соавторов статьи.

С другой стороны, весьма вероятно, что тепло увеличивает концентрацию генов, участвующих в процессе круговорота питательных веществ в почве, что помогает преобразовывать азот в пригодную для использования растениями форму. Это обстоятельство является важным, поскольку большее количество азота позволит вырасти большему числу растений, которые поглощают углерод и таким образом способны компенсировать часть углерода, потерянного почвой. И действительно, измерения продуктивности растений на испытательных участках показывали ее рост в районе 30 процентов.

В отдельных местах растения действительно способны компенсировать выбросы углерода. Это обстоятельство ученым важно учитывать при постройке моделей Арктики будущего. Однако в данном конкретном исследовании это было не так важно. Исследователи заметили, что на утепленных участках наблюдались значительно большие потери чистого углерода, чем на контрольных участках, из чего можно сделать вывод, что возросшей продуктивности растений было недостаточно для компенсации ускорившегося разложения.

Эта информация сама по себе может вызвать беспокойство, но авторы также отмечают, что другой важной задачей исследования было определение того, насколько быстро микробные сообщества изменяются под воздействием тепла. «Мы показали, что за полтора года могут произойти кардинальные перемены, — говорит Чжоу. Это открытие подчеркивает высокую чувствительность экосистемы к потеплению климата.

В своей статье авторы пишут следующее: «В общем, будет ли тундра служить источником углерода или же будет его поглощать, зависит от растений и реакции бактерий на потепление климата. Результаты нашего исследования показывают, что содержание углерода в почве очень чувствительно к потеплению климата и эта чувствительность определяется совокупностью микробных реакций на повышение температуры».

Следует отметить тот факт, что долгосрочные тенденции показывают, что с потеплением климата зимние температуры в Арктике меняются более кардинально, чем летние. «Поэтому в качестве одного из предложений для дальнейших исследований можно назвать более подробное изучение некоторых из этих процессов, особенно в зимний период», — говорит Владимир Романовский, профессор геофизики и исследователь многолетнемерзлых пород из Университета Аляски в Фэрбенксе, не принимавший участия в данном исследовании. Он отмечает, что сегодня в зимнее время почва остается непромерзшей в течение все больших промежутков времени, так что многие фундаментальные изменения в микробных сообществах, скорее всего, происходят именно зимой.

Профессор Свеннинг из Арктического университета Норвегии также говорила о важности проведения более целевого исследования в будущем, в котором особое внимание будет уделено изучению микробных функций и контролирующих их генов, например азотофиксации, для более глубокого понимания последствий изменения температуры на каждый из процессов, которые в дальнейшем могут повлиять на углеродный цикл. А Юань добавила, что будет полезно продолжить наблюдения места исследования, дабы разобраться, могут ли микробные сообщества идти разными путями развития на более длительном отрезке времени.

В целом целенаправленные исследования могут помочь в создании более точных моделей экосистем. Авторы статьи подчеркивают, что такие модели смогут лучше информировать ученых о последствиях будущего потепления климата для Арктики. По словам Чжоу, в имеющихся моделях мало информации о бактериях: «Если мы действительно хотим предсказать будущее воздействие климатических изменений на экосистемы, нам необходимо обратиться к микробным сообществам и их структуре».

Но пока что первые успехи в данной области исследований, можно сказать, сами по себе уже являются достижением.

«Это очень хороший прорыв, — считает Романовский. — Люди уже задумывались об этой проблеме, и проведенная авторами работа действительно показывает, что изменения физических компонентов системы в самом деле запускают изменения и в ее микробиологической структуре».

Оригинал статьи : /www.washingtonpost.com/