Дослідження підкреслює нагальну потребу захистити глобальні тропічні водно-болотні угіддя від впливу людини. Згідно з новим дослідженням, складні організми, у тисячі разів менші за піщинку, відіграють вирішальну роль у формуванні масивних екосистем і впливають на клімат Землі. Дослідники з Університету штату Арізона у співпраці з колегами з Національного університету перуанської Амазонії виявили раніше невідоме сімейство мікробів, унікально пристосованих до заболочених умов із низьким вмістом кисню на тропічних торфовищах у північно-західних тропічних лісах Амазонки в Перу.
Дослідження показує, що ці мікроби виконують подвійну функцію в циклі вуглецю, з потенціалом пом’якшення або посилення зміни клімату. Вони можуть стабілізувати вуглець для тривалого зберігання або викидати його в атмосферу у вигляді парникових газів, включаючи вуглекислий газ (CO2) і метан. За стабільних умов ці мікроби дозволяють торфовищам діяти як величезні резервуари вуглецю, поглинаючи вуглець і знижуючи кліматичні ризики. Однак екологічні зміни, включаючи посуху та потепління, можуть спровокувати їхню активність, прискорюючи глобальні зміни клімату.
І продовження антропогенного руйнування природної екосистеми торфовищ може призвести до вивільнення 500 мільйонів тонн вуглецю до кінця століття — приблизно еквівалентно 5% щорічних світових викидів викопного палива.
«Мікробний всесвіт торфовищ Амазонки величезний у просторі та часі, прихований їхніми віддаленими місцями, і був дуже недостатньо вивченим щодо їхнього локального та глобального внеску, але завдяки місцевим партнерствам ми тепер можемо відвідувати та вивчати ці ключових екосистем», — говорить Гінсбі Каділло Кіроз, автор-кореспондент нового дослідження та науковий співробітник Центру екологічної біотехнології Biodesign Swette при ASU.
«Наша робота полягає в пошуку неймовірних організмів, пристосованих до цього середовища, і деякі з них надають унікальні та важливі послуги — від стабілізації або переробки вуглецю до детоксикації чадного газу та інших».
Каділло-Кірос також є дослідником Центру біодизайну фундаментальної та прикладної мікробіоміки та Школи наук про життя ASU. Колега з ASU Майкл Дж. Павія є провідним автором розслідування. Дослідження, опубліковане в журналі Microbiology Spectrum Американського товариства мікробіології, підкреслює важливість захисту тропічних торфовищ для стабілізації однієї з найважливіших систем накопичення вуглецю на планеті та підкреслює тонку взаємодію між мікробним життям і глобальним регулюванням клімату.
Чому торфовища мають вирішальне значення для стабільності клімату
Амазонські торфовища є одними з найбільших вуглецевих сховищ на планеті, зберігаючи, за оцінками, 3,1 мільярда тонн вуглецю в своїх щільних, насичених ґрунтах — приблизно вдвічі більше, ніж вуглецю, що зберігається в усіх лісах світу. Торф’яники мають вирішальне значення для глобального накопичення вуглецю, оскільки їх заболочені умови сповільнюють розкладання, дозволяючи органічному матеріалу накопичуватися протягом тисяч років. Ці екосистеми відіграють вирішальну роль у регулюванні викидів парникових газів і впливають на глобальні кліматичні моделі.
Спираючись на попередні дослідження, поточне дослідження описує нещодавно ідентифіковані мікроби — частину стародавньої групи Bathyarchaeia, яка утворює складну мережу, необхідну для функціонування цієї екосистеми. Дослідження підкреслює чудову здатність цих мікроорганізмів регулювати кругообіг вуглецю в торфовищах. На відміну від більшості організмів, ці мікроби можуть процвітати в екстремальних умовах, включаючи середовища з невеликим вмістом кисню або без нього, завдяки своїй метаболічній гнучкості.
Мікроби виявлені в передовій улоговині Пастаза-Мараньон — життєво важливому торфовищі в північно-західному тропічному лісі Амазонки в Перу. Басейн, що охоплює приблизно 100 000 квадратних кілометрів, включає величезні масиви затоплених тропічних лісів і боліт, покритих стародавнім торфом. Ці мікроби торфовищ споживають окис вуглецю — метаболізуючи газ, токсичний для багатьох організмів — і перетворюють його на енергію, одночасно знижуючи токсичність вуглецю в навколишньому середовищі. Розщеплюючи сполуки вуглецю, вони виробляють водень і CO2, які інші мікроби використовують для отримання метану. Їхня здатність виживати як в багатих, так і в бідних на кисень умовах робить їх добре пристосованими до середовища Амазонії, де рівень води та доступність кисню коливаються протягом року.
Однак зміна кількості опадів, температури та діяльності людини, включаючи вирубку лісів і видобуток корисних копалин, порушують цей крихкий баланс, змушуючи торфовища виділяти парникові гази, такі як вуглекислий газ і метан.
Кліматичний зв’язок
Хоча тропічні торфовища зараз діють як поглиначі вуглецю, поглинаючи більше вуглецю, ніж вивільняючи, вони все більш вразливі до зміни клімату. Підвищення температури та зміна режиму опадів можуть висушити ці торфовища, перетворивши їх на джерела вуглецю. Вивільнення мільярдів тонн вуглекислого газу та метану з торфовищ значно посилить глобальне потепління. Отримані дані підкреслюють нагальну потребу захистити тропічні торфовища від діяльності людини та стресу, спричиненого кліматом.
Дослідники виступають за стале управління земельними ресурсами, включаючи зменшення вирубки лісів, осушення та видобутку корисних копалин на торфовищах, щоб запобігти збоям. Необхідні подальші дослідження мікробних спільнот, щоб краще зрозуміти їхню роль у кругообігу вуглецю та поживних речовин. Відстеження змін у температурі, кількості опадів і динаміці екосистем також необхідно для прогнозування майбутніх впливів на торфовища.
Нові напрямки
Виявлення високопристосованих мікробів торфовищ покращує наше розуміння мікробного різноманіття та підкреслює стійкість життя в екстремальних умовах. Ці мікроби є ключовою частиною головоломки у вирішенні глобальних кліматичних проблем, показуючи, як найдрібніші організми можуть справляти величезний вплив на системи Землі.
Це дослідження, підтримане Національним науковим фондом, знаменує значний крок вперед у розумінні критичної ролі тропічних торфовищ і їхніх мікробних мешканців у глобальному кругообігу вуглецю. Оскільки зміна клімату продовжує змінювати форму нашої планети, ці приховані екосистеми містять уроки, які можуть допомогти захистити наше майбутнє. Каділло-Кірос і його команда планують використовувати ці мікробні та екологічні знання для управління та відновлення тропічних торфовищ у своїй майбутній роботі.
«Працювати над тим, щоб зрозуміти мікроби та екосистеми в пишних і чудових тропічних лісах Амазонки, — це честь мого життя, яку я прагну використовувати для захисту цього регіону в боротьбі зі зміною клімату», — каже Каділло-Кірос.
