Microbiologie in hapklare porties
Leven na ijs
Onze planeet warmt het snelst op aan de polen. Op Antarctica onthult het terugtrekkende ijs kale rotsen, waardoor populaties pinguïns, zeehonden en andere dieren die op het ijs leven en jagen gedecimeerd worden. Het blijkt echter dat niet iedereen helemaal ongelukkig is met deze kale rots. De nieuwe omgeving wordt snel gekoloniseerd door organismen die goed gedijen bij warmere temperaturen en meer zonlicht, waardoor het landschap verandert van wit in groen. Deze eerste kolonisten zijn microben en hun bijdragen aan de huidige en toekomstige koolstofcyclus op Antarctica hebben mogelijk verstrekkende gevolgen. Uit een nieuw onderzoek blijkt dat sommige hongerige microben op Antarctica zich tegoed doen aan een warmer klimaat, wat mogelijk leidt tot meer koolstofverbruik en -opslag.
Opvolging (maar niet zoals de Roys)
Nieuw blootgestelde omgevingen worden gekoloniseerd via een proces dat successie wordt genoemd, waarbij microben die hun eigen voedsel kunnen maken met behulp van koolstof en stikstof uit de atmosfeer zich als eerste vestigen, gevolgd door andere organismen die kunnen overleven van de voedingsstoffen die ze produceren. In recentelijk ontglazuurde bodems zijn de eerste kolonisten fotosynthetische cyanobacteriën. Na de cyanobacteriën komen een heleboel andere micro-organismen die door hun leven en dood koolstof en andere voedingsstoffen aan de bodem bijdragen. Als zich voldoende voedingsstoffen ophopen, kan de bodem planten ondersteunen, vaak mossen en varens.
Verwarmende temperaturen kunnen betekenen dat veel van de organismen die betrokken zijn bij dit successieproces sneller groeien, aangezien veel microben op Antarctica leven bij temperaturen die veel lager zijn dan hun optimale temperatuur. Afhankelijk van welke organismen sneller groeien en met hoeveel, kan deze groei ingrijpende gevolgen hebben voor de hoeveelheid koolstof die in de bodem is opgeslagen. De grootte van deze koolstofvoorraad in de bodem kan het successieproces zelf beïnvloeden, maar heeft ook wereldwijde gevolgen. De bodem is wereldwijd een belangrijk koolstofreservoir (wat betekent dat het koolstof opslaat en uit de atmosfeer verwijdert), dus begrijpen hoe de opwarming deze opslag beïnvloedt is cruciaal om de toekomstige klimaatdynamiek te begrijpen. De auteurs van dit nieuwe onderzoek zijn op zoek gegaan naar de effecten van de opwarming op de microbiële gemeenschappen op Antarctica in een poging om de toekomst van een snel opwarmende planeet te begrijpen.
Microbiële sauna’s
De wetenschappers installeerden experimentele warmtekamers (zoals microbiële sauna’s op zonne-energie!) op twee verschillende locaties: één heel vroeg in het successieproces (slechts twee jaar eerder ontdooid) en één heel laat (honderden jaren eerder ontdooid). Ze wilden zien of de opwarming verschillende effecten zou kunnen hebben op microbiële gemeenschappen, afhankelijk van waar ze zich in het successieproces bevonden.
Om de groeisnelheid van de microben in elke warmtekamer te meten, gebruikten de auteurs een instrument dat “kwantitatieve stabiele isotopensondering” wordt genoemd, waarbij gebruik wordt gemaakt van de verschillende gewichten van de isotopen van bepaalde atomen om de groei aan te geven. In letterlijke zin is het gezegde “je bent wat je eet” waar. Als we eten, worden veel van de atomen die we consumeren onderdeel van ons DNA. Aan het begin van de warmte-incubatie gaven onderzoekers microben een vorm van water met een isotopisch zware versie van zuurstof. Aan het einde van het onderzoek konden ze, door het DNA op gewicht te sorteren, zien hoeveel van de isotopisch zware zuurstof in het DNA van elk organisme was opgenomen. Microben met meer zware zuurstof in hun DNA groeiden meer dan microben met minder zware zuurstof.
Tijdens het experiment namen de wetenschappers ook metingen van de koolstof die op elke locatie werd verbruikt en vrijgegeven. Door hun groeigegevens te vergelijken met de koolstofgegevens, konden ze een idee krijgen van welke organismen een sleutelrol kunnen spelen in de koolstofcyclus onder opwarmingsscenario’s.
Heet en hongerig
Gemiddeld groeiden de gemeenschappen op beide locaties sneller onder opwarmingsscenario’s, maar de groeireactie was niet uniform voor alle taxa. Terwijl veel fyla, zoals Cyanobacteriën en Proteobacteriën, een grotere groei vertoonden bij opwarming, vertraagden andere, zoals Actinobacteriota en Bacteroidota. Dit is belangrijk omdat de reactie van de gemeenschap op de opwarming afhangt van welke bestanddelen succes hebben. Actinobacteriën, bijvoorbeeld, zijn afbrekers van organisch materiaal in de bodem. Ze bepalen mede welke soorten koolstof beschikbaar zijn in de koolstofpool van de bodem, die op zijn beurt het dieet en de groei van andere organismen bepaalt. Microbiële primaire producenten zoals cyanobacteriën, die kooldioxide omzetten in vormen die beschikbaar zijn voor andere microben, dragen ook bij aan de koolstofvoorraad in de bodem. Het evenwicht tussen organismen die biologisch beschikbare koolstof produceren en organismen die koolstof verbruiken, bepaalt de netto consumptie of productie van de gemeenschap.
Bij het vergelijken van de koolstofgegevens van de verschillende opwarmingsbehandelingen en -locaties ontdekten de onderzoekers een interessant patroon: in het gebied met vroege successie zorgde de opwarming ervoor dat de gemeenschap meer koolstof verbruikte, waardoor het veranderde van een koolstofbron in een koolstofput. De latere successieplek verbruikte echter minder koolstof dan onder omgevingstemperaturen,
De verschillen tussen deze twee locaties, gescheiden in de ruimte, vertalen zich in potentiële verschillen in de tijd. De latere successieplek vertegenwoordigt hoe de vroegere successieplek er over honderd jaar uit kan zien. Inzicht in het differentiële effect van opwarming geeft daarom een venster op de toekomstige koolstofcyclus van Antarctica. Gezien de resultaten van dit onderzoek lijkt het waarschijnlijk dat de toekomstige opwarming de groeisnelheid van microben zal verhogen, waardoor ze meer koolstof zullen verbruiken in de vroege successiegebieden. Deze verhoogde koolstofconsumptie zal kooldioxide uit de atmosfeer halen, waardoor een deel van de antropogene uitstoot van broeikasgassen wordt verminderd (hoewel dit waarschijnlijk niet in belangrijke mate het geval zal zijn). Verhoogde microbiële groeisnelheden en een grotere koolstofvoorraad in de bodem zullen de successie zelf versnellen, wat bijdraagt aan een snelle vergroening van Antarctica.
Link to the original post: Purcell, A. M., Dijkstra, P., Hungate, B. A., McMillen, K., Schwartz, E., & van Gestel, N. (2023). Rapid growth rate responses of terrestrial bacteria to field warming on the Antarctic Peninsula. The ISME Journal, 17(12), Article 12. https://doi.org/10.1038/s41396-023-01536-4
Featured image: Bing image creator
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 