Тайны торфяников: как микробы влияют на глобальный климат

Сложные организмы, в тысячи раз меньше песчинки, могут формировать массивные экосистемы и влиять на судьбу климата Земли, согласно новому исследованию.

Исследователи из Университета штата Аризона вместе со своими коллегами из Национального университета перуанской Амазонии выявили неизвестное семейство микробов, уникально приспособленных к переувлажненным, бедным кислородом условиям тропических торфяников в северо-западных амазонских тропических лесах Перу.

Новое исследование показывает, что эти микробы играют двойную роль в углеродном цикле и обладают потенциалом либо сдерживать, либо усиливать изменение климата. Этот процесс может либо стабилизировать углерод для долгосрочного хранения, либо высвобождать его в атмосферу в виде парниковых газов, в частности CO2 и метана.

В стабильных условиях эти микробы позволяют торфяникам действовать как обширные хранилища углерода, связывая углерод и снижая климатические риски. Однако изменения окружающей среды, включая засуху и потепление, могут активизировать их деятельность, ускоряя глобальное изменение климата.

Продолжающееся антропогенное нарушение естественной экосистемы торфяников может привести к выбросу 500 миллионов тонн углерода к концу века, что примерно эквивалентно 5% мировых ежегодных выбросов от ископаемого топлива.

Хинсби Кадильо Кирос, автор-корреспондент нового исследования и научный сотрудник Центра экологической биотехнологии Biodesign Swette при ASU, заявляет, что микробная вселенная торфяников Амазонки огромна в пространстве и времени, была скрыта из-за их удаленного расположения и недостаточно изучена с точки зрения их локального и глобального вклада. Он отмечает, что благодаря местному партнерству теперь есть возможность посещать и изучать эти ключевые экосистемы. По словам Кадильо Кироса, в ходе работы обнаруживаются невероятные организмы, приспособленные к этой среде, и некоторые из них предоставляют уникальные и важные услуги – от стабилизации или переработки углерода до детоксикации угарного газа и другие.

Кадильо-Кирос также является научным сотрудником Центра фундаментальной и прикладной микробиомики Biodesign и Школы наук о жизни ASU. Ведущим автором исследования является Майкл Дж. Павиа из ASU.

Исследование, опубликованное в журнале Microbiology Spectrum Американского общества микробиологов, подчеркивает важность защиты тропических торфяников для стабилизации одной из самых значительных систем хранения углерода на планете и акцентирует внимание на тонком взаимодействии между микробной жизнью и глобальным регулированием климата.

Амазонские торфяники являются одними из крупнейших на планете хранилищ углерода: по оценкам, в их плотных, насыщенных водой почвах хранится 3,1 миллиарда тонн углерода, что примерно вдвое больше, чем во всех лесах мира. Торфяники имеют решающее значение для глобального хранения углерода, поскольку их переувлажненные условия замедляют разложение, позволяя органическому материалу накапливаться в течение тысяч лет. Эти экосистемы играют ключевую роль в регулировании выбросов парниковых газов и влиянии на глобальные климатические модели.

Основываясь на более ранних исследованиях, текущее исследование описывает недавно идентифицированные микробы – часть древней группы Bathyarchaeia, которая образует сложную сеть, необходимую для функционирования этой экосистемы. Исследование подчеркивает замечательные способности этих микроорганизмов регулировать круговорот углерода в торфяниках. В отличие от большинства организмов, эти микробы могут процветать в экстремальных условиях, в том числе в средах с низким содержанием кислорода или без него, благодаря своей метаболической гибкости.

Микробы обнаружены в бассейне Пастаса-Мараньон – жизненно важном торфянике в северо-западных амазонских тропических лесах Перу. Бассейн, охватывающий около 100 000 квадратных километров, включает обширные участки затопленных тропических лесов и болот, подстилаемых древним торфом.

Эти торфяные микробы потребляют угарный газ — метаболизируя газ, токсичный для многих организмов, — и преобразуют его в энергию, одновременно снижая токсичность углерода в окружающей среде. Разлагая соединения углерода, они производят водород и CO2, которые другие микробы используют для образования метана. Их способность выживать как в богатых кислородом, так и в бедных кислородом условиях делает их хорошо приспособленными к амазонским средам, где уровень воды и доступность кислорода колеблются в течение года.

Однако изменения количества осадков, температуры и деятельности человека, включая вырубку лесов и добычу полезных ископаемых, нарушают этот хрупкий баланс, в результате чего торфяники выделяют парниковые газы, такие как углекислый газ и метан.

Хотя тропические торфяники в настоящее время действуют как поглотители углерода, поглощая больше углерода, чем выделяют, они становятся все более уязвимыми к изменению климата. Повышение температуры и изменение режима выпадения осадков могут высушить эти торфяники, превратив их в источники углерода.

Выброс миллиардов тонн углекислого газа и метана из торфяников значительно усилит глобальное потепление. Полученные результаты подчеркивают настоятельную необходимость защиты тропических торфяников от деятельности человека и стресса, вызванного изменением климата.

Исследователи выступают за устойчивое управление земельными ресурсами, включая сокращение вырубки лесов, осушения и добычи полезных ископаемых на торфяниках, чтобы предотвратить нарушения. Необходимо дальнейшее изучение 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 хорошо адаптируемых торфяных микробов расширяет понимание микробного разнообразия и подчеркивает устойчивость жизни в экстремальных условиях. Эти микробы представляют собой ключевую часть головоломки в решении глобальных климатических проблем, показывая, как самые крошечные организмы могут оказывать огромное влияние на системы Земли.

Это исследование, поддержанное Национальным научным фондом, знаменует собой значительный шаг вперед в понимании решающей роли тропических торфяников и их микробных обитателей в глобальном круговороте углерода. Поскольку изменение климата продолжает изменять нашу планету, эти скрытые экосистемы содержат уроки, которые могут помочь защитить наше будущее.

Кадильо-Кирос и его команда планируют использовать эти микробные и экологические знания для управления тропическими торфяниками и их восстановления в своей будущей работе.

Кадильо-Кирос заявляет, что работа по изучению микробов и экосистем в пышных и великолепных тропических лесах Амазонки – это честь его жизни, которую он намерен использовать для защиты этого региона в борьбе с изменением климата.