Microbiologie in hapklare porties
Helpen kortere winters microben bloeien?
Oorspronkelijk gepubliceerd in The Microbial times
Wist je dat in de afgelopen twee decennia de luchttemperatuur van het Arctische oppervlak 2x (!) meer is gestegen dan het wereldwijde gemiddelde? Dit bevestigt dat het noordpoolgebied echt het meest gevoelig is voor temperatuurstijgingen als gevolg van de opwarming van de aarde. De impact van deze drastische klimaatveranderingen heeft inderdaad de aandacht getrokken van onze planeet en haar bewoners, waaronder de altijd reactieve microbiële gemeenschappen.
Wat gebeurt er in de Arctische toendra?
Het ernstige fenomeen van Arctische versterking treedt op wanneer het noordpoolgebied veel sneller opwarmt dan de rest van de wereld (4x meer sinds kort!). Zoals Climate Signals uitlegt, leidt dit verlies aan temperatuur tot veranderingen en kwetsbaarheid in het ecosysteem omdat organismen zich niet altijd zo snel kunnen aanpassen.
Hoewel deze veranderingen drastischer zijn in het Noordpoolgebied, breiden ze zich zelfs uit naar het mondiale niveau, waardoor het Noordpoolgebied een centrale rol speelt bij het reguleren van temperaturen wereldwijd. En binnen dit vitale noordpoolgebied ligt de toendra – een koud ecosysteem dat het hele jaar door meestal vijandig en onherbergzaam is, met koude, winderige en schaarse regenval. Maar de toendra is ook waardevol. Het bevat de grootste koolstofvoorraad (koolstof die is opgeslagen vanuit de atmosfeer naar het ecosysteem) bevroren in de permafrost.
De afgelopen jaren is dit echter niet langer het geval.
Door de stijgende temperaturen zijn deze toendra’s veranderd van een netto koolstofput (koolstof vastleggen) in een netto koolstofbron (koolstof uitstoten)! Naarmate het ijs smelt en smelt en de organische koolstof in de permafrost ontdooit – dankzij de stijgende temperatuur – begint het leven te stimuleren, te beginnen met microbiële groei en activiteiten.
Microben gedijen goed en zijn betrokken bij verschillende interacties tussen henzelf en de omgeving, waaronder afbraak, voedingsstoffencyclus en koolstofbalans. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt ook de duur van het groeiseizoen toe. Wanneer microben uitbundig groeien, zijn ze betrokken bij de nutriëntencyclus, waarvan planten – vooral houtachtige struiken – maximaal profiteren. Dit leidt verder tot grote hoeveelheden strooisel en daarmee tot verhoogde afbraaksnelheden, en zo gaat de cyclus verder. Naarmate het aantal planten toeneemt, beginnen ze zich op te dringen, wat een ander probleem wordt. Met het binnendringen van planten en microben verandert de voormalige koolstofopslag gestaag in een koolstofput op de lange termijn, waardoor de aard van dit ecosysteem verandert!
Enkele belangrijke observaties van buiten naar het laboratorium
In een recent onderzoek, waarbij vochtige zure toendrapercelen in plastic kassen werden gebruikt om de toendraomgeving na te bootsen, observeerden wetenschappers de groei van bacteriën door 18O in de bodem op te nemen – zowel op lange (29 jaar) als op korte termijn (3 maanden). Ze merkten verder de effecten op van toenemende warmte (1,5 ℃) in het ecosysteem en, nog belangrijker, de bacteriën.
De wetenschappers ontdekten dat de opwarming leidde tot een toename van de bulkrespiratie in de bodem, van enzymen die koolstof en stikstof cycleren en van de overvloed aan functionele genen. Ze concludeerden dat de microbiële activiteit in de toendra was toegenomen.
In feite duurde het slechts 1,5 jaar opwarming voordat het koolstofgehalte in de bodem afnam naarmate de plantenbiomassa toenam, wat vervolgens leidde tot een toename van het aantal enzymen en genen die betrokken zijn bij elementaire cycli. En dit ging natuurlijk gepaard met hogere afbraaksnelheden en een even hoge microbiële activiteit, een dynamisch fenomeen dat het trage gedrag in de winter opvallend tegenspreekt.
| PARAMETERS | SHORT TERM | LONG TERM |
| Relative collective growth | Increased by 36% | Increased by 151% |
| Bacterial taxa in the soil | Increased growth by 64% | Increased growth by 18% |
| Growth of unique bacterial taxa | 118 taxa more than the control | 37 taxa less than control |
| Growth with respect to warming by 1.5 ℃ | 15% increase | 12 % increase |
Zoals uit de tabel blijkt, hebben de veranderingen binnen het systeem in de toendra tijdens de Arctische versterking, zowel op korte als op lange termijn, een grote invloed op de microbiële taxa en andere levensvormen, op een radicale manier. Maar maken deze veranderingen de evolutie van het leven in de toendra echt mogelijk in een positief licht? Het lijkt er niet op, tenminste niet met de snelle koolstof(on)balans en de oprukkende planten. Maar aan de andere kant, ironisch genoeg, geeft de bloei van de inherente microbiële gemeenschap een gevoel van een nieuw hoopvol begin van de lente; in de hoop om die zeldzame extremofielen te ontdekken die voorheen diep verborgen zaten in de koude lagen van de toendra, nietwaar?
Daarom hebben we bewijzen en gegevens nodig en moeten we verder onderzoek doen naar soortgelijke werken als deze.
“De microbiële reacties op de opwarming van het Noordpoolgebied moeten worden begrepen om de effecten van toekomstige microbiële activiteit in een opwarmend Noordpoolgebied te voorspellen”, zo benadrukken de wetenschappers het belang van hun werk bij het decoderen van het leven en het voorspellen van de toekomst in het ecosysteem van de toendra, evenals bij het beperken van de schade als gevolg van klimaatverandering.
Tot slot…
Over het geheel genomen hebben de drastische veranderingen die zich de afgelopen jaren in het noordpoolgebied hebben voorgedaan zeker aangetoond dat de winter niet langer heerst in de toendra. Maar zal dit groeiseizoen van microben en oprukkende planten lang standhouden als een concrete vorm van evolutie? Alleen de tijd (en zeker nieuw onderzoek) kan dat vertellen….
Link to the original post: Propster, J. R., Schwartz, E., Hayer, M., Miller, S., Monsaint-Queeney, V., Koch, B. J., … & Hungate, B. A. (2023). Distinct Growth Responses of Tundra Soil Bacteria to Short-Term and Long-Term Warming. Applied and Environmental Microbiology, e01543-22.
Featured image: https://kids.frontiersin.org/articles/10.3389/frym.2022.703805
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 