Двуликие обитатели амазонских болот угрожают глобальному углеродному балансу: предупреждение ученых
Согласно новому исследованию, микроорганизмы, которые в тысячи раз меньше песчинки, могут формировать огромные экосистемы и влиять на судьбу климата Земли. Исследователи из Университета штата Аризона вместе со своими коллегами из Национального университета Перуанской Амазонии выявили неизвестное семейство микроорганизмов, уникально приспособленных к жизни с низким содержанием кислорода в глубине торфяных болот в тропических лесах Перу.
Эти микробы играют двойную роль в круговороте углерода и способны как смягчать, так и усиливать изменение климата. Процесс может либо стабилизировать органические вещества для длительного хранения, либо выделять углерод в атмосферу в виде парниковых газов, прежде всего углекислоты CO2 и метана CH4.
В стабильных условиях эти организмы позволяют торфяникам выступать в качестве обширных резервуаров углерода, удерживая его и снижая климатические риски. Однако изменения в окружающей среде, включая засуху и потепление, могут спровоцировать их активность, ускоряя глобальное изменение климата.
Продолжающееся антропогенное разрушение естественной экосистемы торфяников может привести к выбросу 500 миллионов тонн углерода к концу столетия, что эквивалентно 5% ежегодных мировых выбросов углерода.
«Микробный мир торфяников Амазонки огромен в пространстве и времени, он был скрыт от ученых из-за труднодоступности болот и крайне недостаточно изучен как на местном, так и на глобальном уровнях. Но благодаря коллегам из Перу мы теперь можем посещать и изучать эти ключевые экосистемы», — говорит Хинсби Кадильо Кирос, автор нового исследования и научный сотрудник Центра экологической биотехнологии Biodesign Swette при Аризонском университете.
«Наша работа заключается в поиске уникальных организмов, адаптированных к среде с низким содержанием кислорода, и некоторые из них предоставляют нашей планете важные услуги — от стабилизации или переработки углерода до детоксикации угарного газа».
Кадильо-Кирос также является научным сотрудником Центра фундаментальной и прикладной микробиомики «Биодизайн» и Школы естественных наук АГУ. Коллега по АГУ Майкл Дж. Павиа является ведущим автором исследования.
Исследование, опубликованное в журнале Американского общества микробиологии Microbiology Spectrum, подчеркивает важность защиты тропических торфяников для стабилизации одной из самых важных систем накопления углерода на планете и подчеркивает тонкую взаимосвязь между микробной жизнью и глобальным регулированием климата.
Местные жители, обитающие с доколумбовых времен в густых тропических лесах Амазонки, недалеко от долины Пастаса-Мараньон, помогают в проведение исследований. Их вековая связь с родной землей дает ценную информацию таким исследователям, как Хинсби, чья работа зависит от понимания как экосистемы, так и сообществ, живущих в ней.
Почему торфяники так важны для стабильности климата
Амазонские торфяники являются одними из крупнейших хранилищ углерода на планете. В их плотных, насыщенных почвах содержится, по оценкам, 3,1 миллиарда тонн углерода, что примерно вдвое превышает запасы углерода во всех лесах мира. Торфяники имеют решающее значение для глобального накопления углерода — заболоченность почвы замедляет разложение, позволяя органическому материалу накапливаться в течение тысячелетий.
На основании более ранних исследований в настоящей работе описаны недавно идентифицированные микробы — представители древней группы Bathyarchaeia, которые образуют сложную сеть, необходимую для функционирования этой экосистемы. В исследовании подчеркиваются замечательные способности этих микроорганизмов регулировать круговорот углерода в торфяниках. В отличие от большинства организмов эти микробы благодаря своей метаболической гибкости могут процветать в экстремальных условиях, в том числе в среде с низким содержанием кислорода или вообще без него.
Торфяники, где обитают эти микробы, расположены в предгорной котловине Пастаса-Мараньон — районе в тропических лесах Амазонки на северо-западе Перу. Занимая площадь около 100 000 квадратных километров, бассейн включает в себя обширные участки затопленных тропических лесов и болот с накопленным древним торфом.
Болотные микроорганизмы потребляют токсичный для большинства организмов монооксид углерода (угарный газ), преобразуя его в энергию и одновременно снижая токсичность среды. Расщепляя углеродные соединения, они выделяют водород и CO2, которые другие микробы используют для синтеза метана. Их способность выживать как в богатых, так и в бедных кислородом условиях, делает их хорошо приспособленными к условиям Амазонии, где уровень воды и доступность кислорода колеблются в течение года.
Однако изменения в количестве осадков, температуре, а также деятельность человека, включая вырубку лесов и добычу полезных ископаемых, нарушают этот хрупкий баланс, в результате чего торфяники выделяют парниковые газы.
Хотя тропические торфяники в настоящее время выступают в качестве поглотителей углерода, поглощая больше углерода, чем выделяют, они становятся все более уязвимыми к изменению климата. Повышение температуры и изменение характера выпадения осадков могут привести к высыханию этих торфяников, превратив их в источники газов, содержащих углерод.
Выброс миллиардов тонн углекислого газа и метана из пересохших торфяников значительно усилит глобальное потепление. Полученные данные подчеркивают настоятельную необходимость защиты тропических торфяников от деятельности человека и вызванного изменением климата стресса.
Исследователи выступают за устойчивое управление земельными ресурсами, включая сокращение масштабов вырубки лесов, осушения и добычи полезных ископаемых на торфяниках, чтобы предотвратить их разрушение. Необходимы дальнейшие исследования микробных сообществ, чтобы лучше понять их роль в круговороте углерода и питательных веществ.
Отслеживание изменений температуры, количества осадков и динамики экосистем также необходимо для прогнозирования будущих воздействий на торфяники.
Открытие высоко адаптируемых микроскопических обитателей болот-торфяников расширяет наше понимание микробного разнообразия и подчеркивает устойчивость жизни в экстремальных условиях. Эти микробы представляют собой ключевую часть головоломки в решении глобальных климатических проблем, демонстрируя, как крошечные организмы в массе могут оказывать огромное воздействие на системы Земли.
Микробов ищут не только в болотах Амазонии. Астронавты МКС получили задание проверить на наличие микроорганизмов внешнюю обшивку Международной космической станции.
