La luce solare e i microbi interagiscono per degradare il carbonio organico disciolto (DOC) nelle acque superficiali, ma attualmente gli scienziati non possono prevedere la velocità e l'entità di questo degrado sia in condizioni di oscurità che di luce. Un recente studio aiuta a spiegare come la luce solare altera la composizione della materia organica.

I tassi che i microbi possono elaborare DOC è probabilmente governato da una combinazione di abbondanza e instabilità di DOC esportato dalla terra all'acqua e prodotto da processi fotochimici, e la capacità e la tempistica che le comunità microbiche devono adattarsi per metabolizzare il DOC che è stato esposto alla luce solare. Queste nuove informazioni potrebbero aiutare a sviluppare metodi più accurati per valutare il clima passato.

Il trattamento fotochimico del DOC fornisce probabilmente circa un terzo della CO2 rilasciata dalle acque superficiali nell'Artico, mineralizzando direttamente il DOC in CO2 o alterando indirettamente la composizione chimica del DOC e, a sua volta, tassi di respirazione microbica. Attualmente, gli scienziati non possono prevedere la velocità e l'entità di questo degrado sia in condizioni di oscurità che di luce. Un team di ricercatori dell'Università del Michigan, Istituto oceanografico di Woods Hole, Università statale dell'Oregon, e EMSL, il Laboratorio di Scienze Molecolari Ambientali, una struttura utente DOE Office of Science, tecniche di caratterizzazione avanzate combinate per caratterizzare la composizione microbica e DOC.

I ricercatori hanno caratterizzato i risultati di esperimenti fotochimici a breve termine utilizzando la spettrometria di massa a risonanza ciclotronica ionica a trasformata di Fourier presso EMSL insieme a misure di attività microbica, composizione della comunità, ed espressione genica. In condizioni di oscurità, hanno trovato microbi nativi del permafrost profondo, o suoli a strati organici superficiali, degradato il DOC che era più abbondante in entrambi i terreni.

Hanno scoperto che l'esposizione alla luce solare ha prodotto o rimosso l'abbondante DOC utilizzato dai microbi, che ha indotto cambiamenti ai passaggi metabolici chiave intrapresi dalle comunità microbiche native per adattarsi e degradare il DOC alterato dalla luce. L'alterazione del permafrost DOC dalla luce solare ai composti utilizzati dai microbi si traduce in un aumento di due volte dei tassi di respirazione, suggerendo che quando il permafrost DOC viene esportato in acque superficiali illuminate dal sole, può essere rapidamente respirato in CO2. La degradazione fotochimica e biologica accoppiata del permafrost DOC può essere una componente sempre più importante del bilancio del carbonio nell'Artico con l'aumento delle temperature. Le nuove scoperte potrebbero essere utilizzate per sviluppare metodi più accurati per valutare i processi climatici.