Таяние арктических ледников стремительно сокращается, и микроскопические организмы колонизируют недавно обнаженные ландшафты. Доктор Джеймс Брэдли, почетный лектор по арктической биогеохимии в Школе биологических и поведенческих наук Лондонского университета королевы Марии, и его команда обнаружили, что дрожжи играют важную роль в формировании почвы в Арктике после таяния ледников.
Примерно 10% поверхности суши Земли покрыто ледниковым льдом. Однако из-за глобального потепления ледники отступают все дальше и быстрее. При этом они обнажают новые ландшафты, которые на протяжении многих тысячелетий были покрыты льдом.
После того, как ледниковый лед исчезает, микроскопические формы жизни колонизируют теперь доступные коренные породы, накапливая питательные вещества и формируя новые почвы и экосистемы. Поскольку при определенных обстоятельствах почва может быть значительным хранилищем углерода, вопрос о том, как именно образуются новые почвы после таяния ледников, имеет большое научное и общественное значение.
Чтобы изучить формирование арктических почв, команда во главе с доктором Брэдли отправилась на Шпицберген — архипелаг островов, расположенный примерно на полпути между Северным полюсом и северным побережьем Норвегии и значительно выше Северного полярного круга. Здесь климат теплеет в семь раз быстрее, чем в остальном мире, а ледники стремительно сокращаются.
Бесплодные ландшафты, которые обнажаются, предлагают очень мало для поддержания какой-либо формы жизни: скалистая местность испытывает недостаток питательных веществ, температура опускается значительно ниже нуля в течение нескольких месяцев подряд, а из-за ее высоких широт наблюдается полное отсутствие солнечного света во время зимней полярной ночи. Самыми первыми колонизаторами негостеприимной местности являются микроорганизмы, такие как бактерии и грибы.
Эти микробы определяют, сколько углерода и азота может храниться в почве, но очень мало известно о точных процессах, лежащих в основе этой стабилизации питательных веществ посредством микробной активности. Брэдли и его команда изучили эти почвы, чтобы лучше понять, как микробы способствуют процессу формирования почвы при исчезновении ледников.
Результаты исследования, в котором приняли участие другие исследователи из Германии, США и Швейцарии, опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Хронология колонизации
Исследование сосредоточено на переднем крае Midtre Lovénbreen, отступающего долинного ледника на северо-западе Шпицбергена. Доктор Джеймс Брэдли, который впервые работал на месте в 2013 году, сказал: «Десять лет назад я ходил по льду и бурил ледяные керны в леднике. Когда мы вернулись в 2021 году, ледник уменьшился, и вместо льда появились бесплодные, казалось бы, безжизненные почвы».
Но после лабораторного анализа этих почв исследователи обнаружили, что они содержат невероятно разнообразные сообщества микробов, самых маленьких и простейших форм жизни на Земле.
Новые участки идеально подходят для исследования постепенных изменений в почве, поскольку они являются естественной лабораторией для наблюдения за различными стадиями развития почвы. Почва, расположенная ближе к краю ледника, является самой молодой, а почва, расположенная дальше от отступающего ледника, постепенно старше, где прошло больше времени, что позволило жизни колонизировать местность.
«Это одни из самых нетронутых, хрупких и уязвимых экосистем на планете, и они быстро колонизируются специализированными микробами, даже несмотря на то, что они подвержены экстремальным температурам, свету, воде и доступности питательных веществ», — сказал доктор Брэдли.
Приспосабливаясь к полуночному солнцу и часто переменчивой погоде, ученые провели недели, работая на скалистом и неровном рельефе ледникового поля, окруженного трещинами льда, фьордом, где обитают малые полосатики и тюлени, а также тундрой, в которой обитают песцы, северные олени и белые медведи. Исследователи обучены распознаванию поведения белых медведей и безопасному обращению с огнестрельным оружием в случае встречи с медведем во время работы в отдаленных арктических условиях.
Пионерные грибы секвестрируют углерод в почве
Команда Брэдли исследовала микробный состав почв с помощью анализа ДНК, а также измерила круговорот и поток углерода и азота. С помощью экспериментов с аминокислотами, меченными изотопами, они смогли точно проследить микробную ассимиляцию и метаболизм органического углерода.
«Нас особенно интересовало, какая доля углеродных микроорганизмов удерживается в почве в виде биомассы и сколько они выделяют обратно в атмосферу в виде углекислого газа», — говорит Хуан Карлос Трехос-Эспелета, ведущий автор исследования из Мюнхенского университета имени Людвига-Максимилиана, Германия.
Основное внимание они уделяли грибам — группе микроорганизмов, которые, как известно, часто лучше приспособлены к накоплению большого количества углерода в почве и удержанию его там. Соотношение грибов и бактерий является важным индикатором накопления углерода: чем больше грибов, тем больше углерода в почве, в то время как большее количество бактерий обычно приводит к тому, что почва выделяет больше угарного газа2.
«В высокогорных арктических экосистемах разнообразие грибов особенно велико по сравнению с разнообразием растений, что увеличивает вероятность того, что грибные сообщества могут играть ключевую роль в качестве инженеров экосистем», — сказал автор исследования профессор Уильям Орси из Мюнхенского университета имени Людвига-Максимилиана, Германия.
Изучение процессов ассимиляции углерода популяциями грибов и бактерий, а также процессов потока углерода в экосистеме имеет решающее значение для составления точных прогнозов о том, как наземные экосистемы в Арктике отреагируют на потепление в будущем.
И действительно, исследователи смогли показать, что грибы, а точнее, специфические базидиомицетные дрожжи, играют решающую роль в ранней стабилизации ассимилированного углерода. Согласно исследованию, они являются пионерами грибов в молодых послеледниковых почвах и вносят решающий вклад в обогащение органического углерода.
«Мы обнаружили, что эти специализированные грибы не только способны колонизировать суровые арктические ландшафты раньше, чем любая другая, более сложная жизнь, но и обеспечивают плацдарм для развития почвы, создавая основу из органического углерода, которую может использовать другая жизнь», — сказал доктор Брэдли.
В более старых почвах бактерии все больше доминируют в ассимиляции аминокислот, что приводит к значительному снижению образования биомассы и увеличению СО2 выбросы от дыхания.
«Наши результаты показывают, что грибы будут играть решающую роль в будущем хранении углерода в арктических почвах, поскольку ледники сокращаются еще больше, и большая часть поверхности Земли покрывается почвой», — резюмирует профессор Орси.
Автор: by Queen Mary, University of London
Источник: https://phys.org/news/2024-07-microscopic-fungi-soil-carbon-storage.html
