I ricercatori hanno studiato l'impatto del riscaldamento sulle comunità microbiche in un'area della tundra vicino al Parco Nazionale di Denali in Alaska. Credito:Professor Ted Schuur, Università dell'Arizona settentrionale
L'aumento delle temperature nella tundra delle latitudini settentrionali della Terra potrebbe influenzare le comunità microbiche in modi che potrebbero aumentare la loro produzione di gas serra metano e anidride carbonica, suggerisce un nuovo studio sul suolo dell'Alaska riscaldato sperimentalmente.
Circa la metà del carbonio sotterraneo totale del mondo è immagazzinato nei suoli di questi gelidi, latitudini settentrionali. È più del doppio della quantità di carbonio attualmente presente nell'atmosfera rispetto all'anidride carbonica, ma fino ad ora la maggior parte di essa è stata rinchiusa nel terreno molto freddo. Il nuovo studio, che si basava sulla metagenomica per analizzare i cambiamenti nelle comunità microbiche riscaldate sperimentalmente, potrebbe aumentare le preoccupazioni su come il rilascio di questo carbonio possa esacerbare il cambiamento climatico.
"Abbiamo visto che le comunità microbiche rispondono abbastanza rapidamente, entro quattro o cinque anni, a livelli anche modesti di riscaldamento, " ha detto Kostas T. Konstantinidis, l'autore corrispondente del documento e un professore presso la School of Civil and Environmental Engineering e la School of Biological Sciences del Georgia Institute of Technology.
"Le specie microbiche e i loro geni coinvolti nel rilascio di anidride carbonica e metano hanno aumentato la loro abbondanza in risposta al trattamento di riscaldamento. Siamo rimasti sorpresi di vedere una tale risposta anche a un lieve riscaldamento".
Il nuovo studio è stato sostenuto dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e dalla National Science Foundation, e riportato l'8 luglio nella prima edizione della rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . Ricercatori dell'Università dell'Oklahoma, La Michigan State University e la Northern Arizona University hanno collaborato con la Georgia Tech allo studio.
Lo studio fornisce informazioni quantitative sulla rapidità con cui le comunità microbiche hanno risposto al riscaldamento a profondità critiche, e mette in evidenza i metabolici microbici dominanti e i gruppi di organismi che stanno rispondendo al riscaldamento nella tundra. Il lavoro sottolinea l'importanza di rappresentare accuratamente il ruolo dei microbi del suolo nei modelli climatici.
I grafici di prova sono stati utilizzati dai ricercatori per studiare gli effetti del riscaldamento sulle comunità microbiche nel paesaggio interno dell'Alaska. Credito:Professor Ted Schuur, Università dell'Arizona settentrionale
La ricerca è iniziata nel settembre 2008 in un umido, tundra acida area all'interno dell'Alaska vicino al Parco Nazionale di Denali. Sono stati creati sei blocchi sperimentali, e in ogni blocco, due recinzioni di neve sono state costruite a circa cinque metri di distanza l'una dall'altra in inverno per controllare il manto nevoso. Il manto nevoso più spesso in inverno fungeva da isolante, creando temperature leggermente elevate, circa 1,1 gradi Celsius (2 gradi Fahrenheit) nei grafici sperimentali.
Oltre alla differenza di temperatura, le condizioni del suolo erano simili nelle parcelle sperimentali e di controllo. Le carote di terreno sono state prelevate dalle parcelle sperimentali e di controllo a due diverse profondità in due momenti diversi:1,5 anni dopo l'inizio dell'esperimento, e 4,5 anni dopo l'inizio.
Il DNA microbico è stato estratto dai nuclei e sequenziato utilizzando il Genomics Core presso la Georgia Tech.
"La nostra analisi dei dati risultanti ha mostrato quali specie erano presenti, in che abbondanza, quali specie hanno risposto al riscaldamento e di quanto e quali funzioni possedevano in relazione all'uso e al rilascio di carbonio, " ha detto Eric R. Johnston, ora ricercatore post-dottorato presso l'Oak Ridge National Laboratory, che ha condotto l'analisi dello studio come Georgia Tech Ph.D. alunno.
I nuclei dei grafici sperimentali e di controllo sono stati confrontati per valutare gli effetti del riscaldamento. Anche la respirazione cumulativa dell'ecosistema è stata campionata durante il mese successivo alla rimozione dei nuclei.
"La risposta che abbiamo osservato differiva notevolmente tra le due profondità del suolo (da 15 a 25 centimetri e da 45 a 55 centimetri) che sono state campionate per questo studio, " ha detto Johnston. "In particolare, al limite superiore dello strato limite iniziale del permafrost, da 45 a 55 centimetri sotto la superficie, l'abbondanza relativa di geni coinvolti nella produzione di metano (metanogenesi) aumenta con il riscaldamento, mentre i geni coinvolti nella respirazione del carbonio organico, il rilascio di anidride carbonica, sono diventati più abbondanti a profondità inferiori".
La respirazione cumulativa delle comunità microbiche della tundra è stata campionata durante il mese successivo alla rimozione dei nuclei del suolo. Credito:Professor Ted Schuur, Università dell'Arizona settentrionale
La misurazione della respirazione comunitaria ha mostrato aumenti del tasso di rilascio di anidride carbonica e metano nelle aree riscaldate. "Misurazioni simili hanno anche dimostrato che questi gas vengono rilasciati a un ritmo maggiore in tutta la regione negli ultimi anni a causa del riscaldamento climatico, "Ha aggiunto Johnston.
Le due profondità del suolo corrispondono ad uno strato attivo vicino alla superficie che gela durante l'inverno ma si disgela durante i mesi più caldi, esponendo il carbonio. Le misurazioni più profonde hanno esaminato il suolo appena sopra il permafrost che si scongela solo per un breve periodo ogni anno. Queste variazioni creano differenze fondamentali nella biologia e nella chimica alle due profondità.
"Ci aspettavamo di osservare risposte di riscaldamento che differivano tra le due profondità di campionamento, "Ha detto Johnston. "Il continuo disgelo del suolo del permafrost è stato osservato su scala globale, quindi eravamo particolarmente interessati a valutare le risposte microbiologiche allo scongelamento del permafrost".
La ricerca evidenzia l'importanza delle comunità microbiche nel contribuire al cambiamento climatico con metano atmosferico e anidride carbonica, disse Costantinidis.
"A causa della grande quantità di carbonio in questi sistemi, così come la risposta rapida e chiara al riscaldamento riscontrata in questo esperimento e in altri studi, sta diventando sempre più chiaro che i microbi del suolo, in particolare quelli delle latitudini settentrionali, e le loro attività devono essere rappresentate nei modelli climatici, " ha detto. "Il nostro lavoro fornisce marcatori - specie e geni - che possono essere utilizzati in questa direzione".
