Глобальное изменение климата способно воздействовать на различные процессы, происходящие в биосфере Земли, в том числе на круговорот биогенных элементов, необходимых для жизни. Эти циклы, особенно цикл углерода, в значительной степени определяются деятельностью почвенных микроорганизмов. В новой статье рассматривается влияние повышения температуры и других изменений, связанных с глобальным потеплением, на их активность.
Биосфера, то есть глобальная экосистема Биосфера Земли включает в себя множество разнообразных компонентов, между которыми существуют прочные связи, обусловленные общими потоками вещества и энергии. Ключевую роль в поддержании жизни играют круговороты биогенных элементов — процессы, при которых атомы определенных веществ циркулируют по замкнутым траекториям, претерпевая химические и физические изменения.
Круговорот углерода заслуживает особого внимания, поскольку этот элемент является основой всего живого и, кроме того, играет ключевую роль в формировании значимых парниковых газов, таких как углекислый газ и метан.
При обсуждении углерода необходимо учитывать значительную роль почвы в его круговороте. Почвенный слой является одним из важнейших резервуаров углерода, непрерывно взаимодействуя с другими его «хранилищами», такими как живые организмы и атмосфера.
Содержание углерода в почве зависит от организмов, населяющих ее микроорганизмами, микроорганизмы выступают в качестве «катализаторов» геохимических циклов. Эти небольшие клетки постоянно выполняют значительный объем работы, преобразуя большие объемы одних веществ в другие.
В условиях глобального потепления логично предположить, что почвенные микроорганизмы станут более активными, а потоки углерода начнут перераспределяться между основными участками его накопления. Аналогичная ситуация наблюдается и с другими важными биогенными элементами, такими как азот. Однако до сих пор отсутствовало глубокое понимание этих взаимосвязей.
Новая статья в журнале Global Change Biology обстоятельно разбирается с этим вопросом.
Для понимания сложных взаимодействий между почвенными микроорганизмами, их средой обитания и глобальными климатическими изменениями, исследователи в лабораторных условиях изучали изменения в физиологии микробов, выделенных из различных почвенных образцов, взятых на двух экспериментальных участках Гарвардского университета. Ранее за ними долго наблюдали в процессе исследований, посвященных изменению температуры почвенного покрова и длившихся 13 и 28 лет.
Микробы для анализа отбирали в разное время года. Далее их культивировали в условиях различных температур (от четырех до 30 градусов), чтобы проследить связь этого фактора с метаболизмом микроорганизмов. Оценивали скорость их роста, дыхание, эффективность использования углерода и активность внеклеточных ферментов. Также анализировали изменения химического состава органических компонентов окружающей почвы.
Исследование показало, что повышение температуры сдерживает выброс углекислого газа почвенными микроорганизмами, однако это явление наблюдается только в летний период. Причиной тому является недостаток питательных веществ у этих микроорганизмов в жаркое время года. В остальные сезоны активность почвенной микрофлоры практически не меняется.
В статье также указано, что на активность почвенной микрофлоры влияет температурный режим, но не напрямую, а опосредованно. А именно, посредством изменения доступности необходимых субстратов, то есть веществ, служащих источником питания микробы.
В связи с этим, особое значение приобретает такой фактор, как листопад – период опадания листвы осенью. Листва способствует температурной акклимации микробного сообщества, то есть смягчает изменения в его метаболизме, вызванные повышением температуры, что влияет на скорость химических реакций с участием углерода в почве.
Именно это и создает угрозу для устойчивости экосистем. Вырубка лесов и потеря биоразнообразия означают, что станет меньше деревьев и меньше опадающей листвы. Для жизни почвенных микробов это, по-видимому, гораздо важнее, чем окружающая их температура — таков главный вывод новой статьи.