El aumento de las temperaturas en la tundra de las latitudes septentrionales de la Tierra podría afectar a las comunidades microbianas en formas que probablemente aumentarían su producción de gases de efecto invernadero metano y dióxido de carbono. sugiere un nuevo estudio de suelo de Alaska calentado experimentalmente.

Aproximadamente la mitad del carbono subterráneo total del mundo se almacena en los suelos de estos frígidos, latitudes del norte. Eso es más del doble de la cantidad de carbono que se encuentra actualmente en la atmósfera como dióxido de carbono, pero hasta ahora la mayor parte ha estado encerrada en un suelo muy frío. El nuevo estudio, que se basó en la metagenómica para analizar los cambios en las comunidades microbianas que se calentaron experimentalmente, podría aumentar las preocupaciones sobre cómo la liberación de este carbono puede exacerbar el cambio climático.

"Vimos que las comunidades microbianas responden con bastante rapidez, en cuatro o cinco años, incluso a niveles modestos de calentamiento, "dijo Kostas T. Konstantinidis, autor correspondiente del artículo y profesor de la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental y la Escuela de Ciencias Biológicas del Instituto de Tecnología de Georgia.

"Las especies microbianas y sus genes involucrados en la liberación de dióxido de carbono y metano aumentaron su abundancia en respuesta al tratamiento de calentamiento. Nos sorprendió ver tal respuesta incluso a un calentamiento leve".

El nuevo estudio fue apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU. Y la Fundación Nacional de Ciencias, e informó el 8 de julio en la primera edición de la revista. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Investigadores de la Universidad de Oklahoma, Michigan State University y Northern Arizona University colaboraron con Georgia Tech en el estudio.

El estudio proporciona información cuantitativa sobre la rapidez con la que las comunidades microbianas respondieron al calentamiento en profundidades críticas, y destaca los metabolismos microbianos dominantes y los grupos de organismos que están respondiendo al calentamiento en la tundra. El trabajo subraya la importancia de representar con precisión el papel de los microbios del suelo en los modelos climáticos.

La investigación comenzó en septiembre de 2008 en un húmedo, área de tundra ácida en el interior de Alaska cerca del Parque Nacional Denali. Se crearon seis bloques experimentales, y en cada bloque, Se construyeron dos vallas de nieve a unos cinco metros de distancia en el invierno para controlar la capa de nieve. La capa de nieve más gruesa en el invierno sirvió como aislante, creando temperaturas ligeramente elevadas, alrededor de 1,1 grados Celsius (2 grados Fahrenheit) en las parcelas experimentales.

Aparte de la diferencia de temperatura, las condiciones del suelo fueron similares en las parcelas experimentales y de control. Se tomaron testigos de suelo de las parcelas experimentales y de control a dos profundidades diferentes en dos momentos diferentes:1,5 años después de que comenzara el experimento, y 4.5 años después del inicio.

El ADN microbiano se extrajo de los núcleos y se secuenció utilizando Genomics Core en Georgia Tech.

"Nuestro análisis de los datos resultantes mostró qué especies estaban allí, en que abundancia, qué especies respondieron al calentamiento y en qué medida, y qué funciones poseían relacionadas con el uso y la liberación de carbono, "dijo Eric R. Johnston, ahora investigador postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, quien realizó el análisis del estudio como un doctorado en tecnología de Georgia. estudiante.

Se compararon los núcleos de las parcelas experimentales y de control para evaluar los efectos del calentamiento. También se tomaron muestras de la respiración acumulada del ecosistema durante el mes siguiente a la extracción de los núcleos.

"La respuesta que observamos difirió notablemente entre las dos profundidades del suelo (15 a 25 centímetros y 45 a 55 centímetros) que se muestrearon para este estudio, ", dijo Johnston." Específicamente, en el límite superior de la capa límite inicial del permafrost, de 45 a 55 centímetros por debajo de la superficie, la abundancia relativa de genes involucrados en la producción de metano (metanogénesis) aumentó con el calentamiento. mientras que los genes implicados en la respiración del carbono orgánico, la liberación de dióxido de carbono, se volvieron más abundantes a menor profundidad ".

La medición de la respiración de la comunidad mostró aumentos en la tasa de liberación de dióxido de carbono y metano en las parcelas que se calentaron. "Medidas similares también han demostrado que estos gases se están liberando a un ritmo mayor en toda la región en los últimos años como resultado del calentamiento climático, "Añadió Johnston.

Las dos profundidades del suelo corresponden a una capa activa cerca de la superficie que se congela durante el invierno pero se descongela durante los meses más cálidos. exponiendo el carbono. Las mediciones más profundas examinaron el suelo justo por encima del permafrost que se descongela solo por un breve período cada año. Estas variaciones crean diferencias fundamentales en la biología y la química en las dos profundidades.

"Esperábamos observar respuestas de calentamiento que diferían entre las dos profundidades de muestreo, Johnston dijo. "El deshielo continuo del suelo del permafrost se está observando a escala global, así que estábamos particularmente interesados ​​en evaluar las respuestas microbiológicas al descongelamiento del permafrost ".

La investigación destaca la importancia de las comunidades microbianas en la contribución del metano atmosférico y el dióxido de carbono al cambio climático. Konstantinidis dijo.

"Debido a la gran cantidad de carbono en estos sistemas, así como la respuesta rápida y clara al calentamiento encontrada en este experimento y otros estudios, Cada vez es más evidente que los microbios del suelo, en particular los de las latitudes septentrionales, y sus actividades deben estar representados en modelos climáticos. ", dijo." Nuestro trabajo proporciona marcadores, especies y genes, que pueden usarse en esta dirección ".