Микробы в торфяниках Амазонки могут повлиять на глобальный баланс углерода

Согласно новому исследованию, сложные организмы, в тысячи раз меньшие песчинки, могут формировать огромные экосистемы и влиять на судьбу климата Земли.

Исследователи из Университета штата Аризона совместно со своими коллегами из Национального университета перуанской Амазонии выявили неизвестное семейство микробов, уникально приспособленных к заболоченным условиям с низким содержанием кислорода тропических торфяников в северо-западных амазонских лесах Перу.

Новое исследование показывает, что эти микробы играют двойную роль в углеродном цикле и обладают потенциалом либо смягчать, либо усиливать изменение климата. Этот процесс может либо стабилизировать углерод для долгосрочного хранения, либо выбрасывать его в атмосферу в виде парниковых газов, в частности CO2 и метана.

В стабильных условиях эти микробы позволяют торфяникам выступать в качестве огромных резервуаров углерода, поглощая углерод и снижая климатические риски. Однако изменения в окружающей среде, включая засуху и потепление, могут спровоцировать их активность, ускоряя глобальное изменение климата.

А продолжающееся антропогенное нарушение естественной экосистемы торфяников может привести к выбросу 500 миллионов тонн углерода к концу столетия, что примерно эквивалентно 5% годовых выбросов ископаемого топлива в мире.

«Микробная вселенная торфяников Амазонки огромна в пространстве и времени, она скрыта из-за своей удаленности и крайне мало изучена с точки зрения ее локального и глобального вклада, но благодаря местному партнерству мы теперь можем посещать и изучать эти ключевые экосистемы», — говорит соавтор исследования Хинсби Кадилло Кирос из Университета штата Аризона. «Наша работа заключается в поиске невероятных организмов, адаптированных к этой среде, и некоторые из них оказывают уникальные и важные услуги — от стабилизации или переработки углерода до детоксикации угарного газа и других».

В исследовании, опубликованном в журнале Американского общества микробиологии Microbiology Spectrum , подчеркивается важность защиты тропических торфяников для стабилизации одной из важнейших систем хранения углерода на планете, а также подчеркивается тонкое взаимодействие между микробной жизнью и глобальным регулированием климата.

Амазонские торфяники являются одними из крупнейших хранилищ углерода на планете, храня приблизительно 3,1 миллиарда тонн углерода в своих плотных, насыщенных почвах — примерно в два раза больше углерода, хранящегося во всех лесах мира. Торфяники имеют решающее значение для глобального хранения углерода, поскольку их заболоченные условия замедляют разложение, позволяя органическому материалу накапливаться в течение тысяч лет. Эти экосистемы играют решающую роль в регулировании выбросов парниковых газов и влиянии на глобальные климатические модели.

Основываясь на более ранних исследованиях, текущее исследование описывает недавно идентифицированные микробы — часть древней группы Bathyarchaeia, которая образует сложную сеть, необходимую для функционирования этой экосистемы. Исследование подчеркивает замечательные способности этих микроорганизмов регулировать круговорот углерода в торфяниках. В отличие от большинства организмов, эти микробы могут процветать в экстремальных условиях, включая среды с малым или нулевым содержанием кислорода, благодаря своей метаболической гибкости.

Микробы обнаружены в бассейне Пастаса-Мараньон Форленд — жизненно важном торфянике в северо-западных тропических лесах Амазонки в Перу. Бассейн, охватывающий около 100 000 квадратных километров, включает обширные участки затопленных тропических лесов и болот, подстилаемых древним торфом.

Эти микробы торфяников потребляют оксид углерода, метаболизируя токсичный для многих организмов газ, и преобразуют его в энергию, одновременно снижая токсичность углерода в окружающей среде. Расщепляя углеродные соединения, они производят водород и CO2, которые другие микробы используют для генерации метана. Их способность выживать как в условиях с высоким, так и с низким содержанием кислорода делает их хорошо подходящими для среды Амазонки, где уровень воды и доступность кислорода колеблются в течение года.

Однако изменения в количестве осадков, температуре и деятельность человека, включая вырубку лесов и добычу полезных ископаемых, нарушают этот хрупкий баланс, в результате чего торфяники выделяют парниковые газы, такие как углекислый газ и метан.

В то время как тропические торфяники в настоящее время действуют как поглотители углерода, поглощая больше углерода, чем выделяют, они становятся все более уязвимыми к изменению климата. Повышение температуры и изменение характера осадков могут высушить эти торфяники, превратив их в источники углерода.

Выброс миллиардов тонн углекислого газа и метана из торфяников значительно усилит глобальное потепление. Результаты подчеркивают настоятельную необходимость защиты тропических торфяников от человеческой деятельности и стресса, вызванного климатом.

Исследователи выступают за устойчивое управление земельными ресурсами, включая сокращение вырубки лесов, осушения и горнодобывающей деятельности на торфяниках для предотвращения нарушений. Необходимо дальнейшее изучение микробных сообществ, чтобы лучше понять их роль в круговороте углерода и питательных веществ.

Отслеживание изменений температуры, количества осадков и динамики экосистем также необходимо для прогнозирования будущего воздействия на торфяники.

Открытие высокоадаптируемых микробов торфяников расширяет наше понимание микробного разнообразия и подчеркивает устойчивость жизни в экстремальных условиях. Эти микробы представляют собой ключевой элемент головоломки в решении глобальных климатических проблем, показывая, как мельчайшие организмы могут оказывать огромное влияние на системы Земли.

Это исследование знаменует собой значительный шаг вперед в понимании критической роли тропических торфяников и их микробных обитателей в глобальном круговороте углерода. Поскольку изменение климата продолжает менять нашу планету, эти скрытые экосистемы содержат уроки, которые могут помочь защитить наше будущее.

Кадилло-Кирос и его команда планируют использовать эти микробные и экологические знания для управления тропическими торфяниками и их восстановления в своей будущей работе.

«Работа над изучением микробов и экосистем в пышных и великолепных тропических лесах Амазонки — это честь всей моей жизни, которую я планирую использовать для защиты этого региона в борьбе с изменением климата», — говорит Кадилло-Кирос.