Зміни клімату можуть вплинути на безліч процесів в біосфері Землі, включаючи кругообіг необхідних живому біогенних елементів. Такі цикли (насамперед цикл вуглецю) сильно залежать від діяльності ґрунтових мікробів. Нова стаття розповідає, як на їх активність впливають зростання температури та інші зміни, які несе з собою глобальне потепління.
Біосфера, тобто глобальна екосистема Землі, складається з багатьох різних компонентів, тісно пов’язаних спільними потоками речовини та енергії. Особливе значення для всього живого мають кругообіг біогенних елементів – переміщення атомів певного сорту “по замкнутій траєкторії”, яке супроводжується їх хімічними і фізичними перетвореннями.
Особливої уваги заслуговує кругообіг вуглецю, адже цей елемент лежить в основі всього живого, а заодно — важливих парникових газів: вуглекислоти і метану.
Говорячи про вуглець, важливо не забувати про величезну роль ґрунту в його циклі. Ґрунтовий покрив є одним із ключових резервуарів вуглецю, який постійно обмінюється цим елементом з іншими його “сховищами” – живими організмами, атмосферою і так далі.
Динаміка вуглецю в грунті визначається мікроорганізмами, які живуть в ньому та грають роль “каталізаторів “геохімічних циклів. Ці крихітні клітини невтомно роблять величезну роботу, щоб перетворити величезну кількість одних сполук в інші.
Природно очікувати, що в умовах глобального потепління, з одного боку, повинні активуватися мікроскопічні мешканці грунту, а з іншого — перерозподілятися потоки вуглецю між його ключовими «сховищами». Те ж можна сказати про інші так звані біогенні елементи — наприклад, азот. Однак детального розуміння подібних зв’язків досі не було.
- У 2021 році буде побудовано 158 ГВт сонячних електростанцій
- Будівництво з дерева виявилося ефективним для боротьби з глобальним потеплінням
- В Японії почалося будівництво плаваючої сонячної електростанції
Щоб розплутати складні взаємозв’язки грунтових мікробів, навколишнього їх середовища і глобальних змін клімату, вчені в умовах лабораторії відстежували зміни в фізіології мікробів, отриманих з ряду грунтів на двох дослідних майданчиках Гарвардського університету. Раніше за ними довго спостерігали в процесі досліджень, присвячених зміні температури грунтового покриву і тривали 13 і 28 років.
Мікроби для аналізу відбирали в різні пори року. Далі їх культивували в умовах різних температур (від чотирьох до 30 градусів), щоб простежити зв’язок цього фактора з метаболізмом мікроорганізмів. Оцінювали швидкість їх росту, дихання, ефективність використання вуглецю й активність позаклітинних ферментів. Також аналізували зміни хімічного складу органічних компонентів навколишнього грунту.
Авторам дослідження вдалося з’ясувати, що зростаюча температура пригнічує виділення грунтовими мікробами вуглекислоти, але виключно влітку. Це пов’язано з їх голодуванням в теплу пору року. В інші сезони активність мікрофлори грунтів залишається в цілому незмінною.
Зі статті також випливає, що активність грунтової мікрофлори залежить від температурного режиму — ось тільки не безпосередньо, а побічно. Точніше, завдяки зміни доступності необхідних субстратів-речовин, якими харчуються мікроби.
У зв’язку з цим на перший план виходить такий сезонний фактор, як листопад — масове опадання листя з дерев восени. Листя як би компенсує температурну аклімацію, тобто поступові зміни в метаболізмі мікробного співтовариства у відповідь на зростання температури, і це змінює швидкість хімічних процесів за участю вуглецю в грунті.
Саме з цим пов’язаний ризик для стабільності екосистем. Зведення лісів і втрата біорізноманіття означають, що стане менше дерев і менше опадає листя. Для життя ґрунтових мікробів це, мабуть, набагато важливіше, ніж навколишня їх температура — такий головний висновок нової статті.