Microbiologie in hapklare porties
Bodems: Bronnen of Bassins van Methaan?
Onze planeet warmt snel op omdat de broeikasgassen die in de atmosfeer terechtkomen de warmte vasthouden. Het bekendste broeikasgas is kooldioxide (CO2), maar er zijn er nog meer, waaronder methaan (CH4) en distikstofoxide (N2O).
In de atmosfeer is methaan het tweede meest voorkomende broeikasgas (na kooldioxide), maar het is 28 keer krachtiger dan kooldioxide! Daarom wordt vooral de uitstoot van methaan nauwlettend in de gaten gehouden, vooral in de landbouw. Zo kan één enkele koe elk jaar bijna 100 kg methaan produceren door de fermentatie van voedsel in de pens… Dat is heel wat methaan dat elk jaar door runderen wordt uitgestoten!
Maar koeien zijn niet de enigen die methaan in de atmosfeer uitstoten. Ook natuurlijke bodems produceren methaan, of we moeten eigenlijk zeggen, micro-organismen die in de bodem leven produceren methaan (methanogenen); maar sommige van hen kunnen dat methaan ook oxideren (afbreken) (methanotrofen). Dit precieze evenwicht tussen de overvloed van deze twee soorten microben, methanogenen en methanotrofen, bepaalt of bodems kunnen fungeren als bronnen (uitstoot) of bassins (opname) van methaan. Begrijpen of een ecosysteem methaan uitstoot of opneemt, kan helpen bij het modelleren van methaanuitstoot en de totale uitstoot van broeikasgassen, maar dit is een uitdaging…
Hoewel wetenschappers gemakkelijk methanogenen en methanotrofen kunnen identificeren met behulp van DNA-gebaseerde omics-methoden, is het koppelen van de diversiteit en hoeveelheid van deze micro-organismen aan daadwerkelijke fluxen (in- en uitvoer) van methaan een behoorlijk probleem. Om dit op te lossen is gebruik gemaakt van metatranscriptomics, een op RNA gebaseerde omics-methode. Hiermee kunnen actieve taxa worden geïdentificeerd (rRNA) en actieve genen worden gekwantificeerd (met behulp van mRNA). Dit kan dus in verband worden gebracht met gemeten fluxen (uitstoot) van broeikasgassen.
In deze studie gebruikten Täumer et al. (2022) metatranscriptomics om methaancyclerende genen in verband te brengen met methaanfluxen en seizoensgebonden veranderingen in deze fluxen te monitoren. Zij bemonsterden graslandbodems in Duitsland tijdens het herfst-, winter-, lente- en zomerseizoen, en extraheerden het totale RNA om te worden gesequenced. Ze hebben ook de uitstoot van methaan en kooldioxide op elke bemonsteringsplaats gemeten met behulp van gaskamers die in de bodem waren geplaatst.
De onderzoekers ontdekten dat de gasfluxen per seizoen veranderden en dat methaan en kooldioxide verrassend tegengestelde trends vertoonden. In de herfst en de winter stootten de bodems methaan uit en was de uitstoot van kooldioxide laag. In de lente en de zomer werden deze bodems echter bassins van methaan maar bronnen van kooldioxide. Deze seizoensgebonden dynamische gasfluxen weerspiegelden niet alleen veranderingen in het bodemwatergehalte en de temperatuur, maar ook in de samenstelling van de microbiële bodemgemeenschap!
Het team vond een positieve correlatie tussen de hoeveelheid van methanogenese mRNA transcripten en de methaan fluxen gemeten in het veld. Met andere woorden, meer methanogenese mRNA transcripten betekende een verhoogde methaanuitstoot.
Op zich zijn deze resultaten een belangrijke stap, aangezien zij omics-methoden koppelen aan veldwaarnemingen. Het team wilde echter verder gaan door bepaalde markeringen van methanogenen en methanotrofen te identificeren om te bepalen of zij met behulp van metatranscriptomics methaanfluxen konden afleiden. Ze toonden aan dat de verhouding tussen methanogenen en methanotrofen (taxonomie met behulp van rRNA) niet kon worden gebruikt om methaanfluxen af te leiden. De verhouding van functionele gen-transcripten (methanogenese/methanotrofe rRNA-transcripten) weerspiegelt echter de methaanfluxen. Dit helpt om te bepalen of bodems bronnen of bassins van methaan zijn.
Aangezien bodems de belangrijkste biologische bassins van atmosferisch methaan vormen (afgebroken door methanotrofen), is het van essentieel belang veranderingen in de methaanfluxen te monitoren, vooral omdat de uitstoot van broeikasgassen wereldwijd drastisch toeneemt. Hoewel het nog steeds moeilijk is om specifieke biologische gemeenschappen te koppelen aan gasfluxen, brengt deze studie ons een stap dichter bij het begrijpen van methaanfluxen.
Link to the original post: Täumer, J., Marhan, S., Groß, V., Jensen, C., Kuss, A. W., Kolb, S., & Urich, T. (2022). Linking transcriptional dynamics of CH4-cycling grassland soil microbiomes to seasonal gas fluxes. The ISME Journal, 1-10.
Additional sources: Soils as sources and sinks for atmospheric methane
Vertaald door: Charlotte van de Velde
micro-bites.org 