Потепление климата в Антарктиде приводит к сдвигу в балансе микробов экосистемы, что, в свою очередь, может ускорить потепление климата.
Много известно о экзистенциальной угрозе изменения климата для растений и животных. Но для сравнения, мы очень мало знаем о том, как изменение климата повлияет на микроорганизмы.
И до недавнего времени наши знания о микроорганизмах в Антарктиде отсутствовали, где последствия изменения климата, возможно, наиболее глубоки. Но статья, опубликованная недавно в Conservation Biology, дает новую картину меняющегося состава микроорганизмов в Антарктиде.
Профессор Белинда Феррари из Сиднейской школы биотехнологий и биомолекулярных наук UNSW и ее коллеги посетили станцию Кейси в Восточной Антарктиде в 2019 году, чтобы проверить, верны ли прогнозы, сделанные на основе образцов почвы, отобранных 14 лет назад, об исчезновении микробов, размножающихся исключительно за счет химических веществ в атмосфере.
Они были опечалены, обнаружив это.
«Эти бактерии действительно редки», — говорит профессор Феррари.
«Именно они живут за счет примесей газов в атмосфере, но в Антарктиде они на самом деле являются доминирующими микробами».
При моделировании почв, отобранных 14 лет назад, использовался статистический метод, который никогда раньше не использовался с микробами, под названием «Градиентный лес». Он обычно используется для прогнозирования выживания видов животных и растений в будущем на основе изменения параметров окружающей среды.
Модель предполагает, что по мере того, как антарктическая пустыня становится менее засушливой и более влажной, изменяющиеся условия отдают предпочтение фотосинтезирующим микробам или фототрофам – тем, которые преобразуют свет в энергию так же, как это делают растения – над хемосинтезирующими бактериями, питающимися небольшими количествами газа. газообразного водорода, присутствующего в атмосфере. И это объясняет, почему численность хемосинтезирующих микробов уменьшилась.
«Поскольку в этом регионе восточной Антарктиды нет сосудистых растений, микробы действительно важны для первичного производства», — говорит профессор Феррари, имея в виду процесс создания органических молекул, которые имеют решающее значение для пищевой сети и являются основой почти всех жизнь на Земле.
«Итак, мы предсказывали, что произойдет больше фототрофов, таких как водоросли и цианобактерии, и это приведет к эффекту озеленения Антарктиды, что отражает потепление климата».
Возможные последствия этого изменения в популяции микробов могут иметь косвенное воздействие на экосистему Антарктики в дополнение к эффекту озеленения. Атмосферные хемосинтезирующие бактерии – или хемотрофы – играют роль в секвестрации углерода, удаляя из атмосферы водород, окись углерода и углекислый газ и сохраняя их в органических соединениях. Если бы они полностью исчезли, это могло бы повлиять на концентрацию парниковых газов и даже ускорить потепление местного климата.
«До недавнего времени климатические прогнозы делались без особого внимания к роли микробов», — говорит профессор Феррари.
«Мы до сих пор даже не знаем точно, что делают эти микробы – большинство из них даже не культивировали в лаборатории. Поэтому мы считаем важным отслеживать изменения в численности этих бактерий, поскольку это может оказать существенное влияние на климат и окружающую среду».
Переломный момент
Часть предсказания команды об исчезновении хемотрофных микробов была сосредоточена на увеличении влажности почвы, играющей значительную роль в пользу фототрофов.
«Мы проанализировали 17 000 видов одновременно и изучили более 70 различных параметров окружающей среды», — говорит профессор Феррари.
«Мы измеряли в почве разные вещи, например, сколько углерода, pH, влажность и тому подобное, и использовали это, чтобы предсказать, где может возникнуть переломный момент, который приведет к изменению структуры сообщества.
«Мы предсказывали, что при влажности почвы от 10 до 12 процентов произойдет переход от хемотрофов к фототрофам. И это именно то, что мы обнаружили».
Хижина на Робинсон-Ридж, где остановилась команда Белинды Феррари во время отбора проб на этом участке.
Фото: Дэниел Уилкинс
Команда также взяла мазки пыли с внешних поверхностей зданий на станции Кейси и обнаружила, что основными микробами были водоросли, которые являются фотосинтезирующими микробами.
«Это не то, чего мы ожидали, и это подтверждает, что по мере того, как условия в Антарктике становятся мягче, с большей влажностью и связями, эти организмы также могут прижиться».
Исследовательская группа призывает к дальнейшему изучению микробов и того, как на них повлияют изменяющиеся условия в Антарктиде.
«Лучшее понимание таких пороговых точек перелома будет способствовать усилиям по сохранению, и крайне важно, чтобы долгосрочный мониторинг этих участков был установлен для защиты экосистем антарктических пустынь», — говорят исследователи.