O aumento das temperaturas na tundra das latitudes setentrionais da Terra pode afetar as comunidades microbianas de forma a aumentar sua produção de gases de efeito estufa metano e dióxido de carbono, sugere um novo estudo de solo experimentalmente aquecido do Alasca.

Cerca de metade do carbono subterrâneo total do mundo é armazenado nos solos desses frígidos, latitudes do norte. Isso é mais do que o dobro da quantidade de carbono atualmente encontrada na atmosfera como dióxido de carbono, mas até agora a maior parte dele estava trancada no solo muito frio. O novo estudo, que se baseava na metagenômica para analisar as mudanças nas comunidades microbianas sendo aquecidas experimentalmente, pode aumentar as preocupações sobre como a liberação desse carbono pode agravar a mudança climática.

"Vimos que as comunidades microbianas respondem muito rapidamente - em quatro ou cinco anos - até mesmo níveis modestos de aquecimento, "disse Kostas T. Konstantinidis, o autor correspondente do artigo e professor da Escola de Engenharia Civil e Ambiental e da Escola de Ciências Biológicas do Instituto de Tecnologia da Geórgia.

"As espécies microbianas e seus genes envolvidos na liberação de dióxido de carbono e metano aumentaram sua abundância em resposta ao tratamento de aquecimento. Ficamos surpresos ao ver tal resposta até mesmo ao aquecimento moderado."

O novo estudo foi apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA e pela National Science Foundation, e relatado em 8 de julho na primeira edição da revista Proceedings of the National Academy of Sciences . Pesquisadores da Universidade de Oklahoma, A Michigan State University e a Northern Arizona University colaboraram com a Georgia Tech no estudo.

O estudo fornece informações quantitativas sobre a rapidez com que as comunidades microbianas responderam ao aquecimento em profundidades críticas, e destaca o metabolismo microbiano dominante e grupos de organismos que estão respondendo ao aquecimento na tundra. O trabalho ressalta a importância de representar com precisão o papel dos micróbios do solo nos modelos climáticos.

A pesquisa começou em setembro de 2008 em um dia úmido, área de tundra ácida no interior do Alasca, perto do Parque Nacional Denali. Seis blocos experimentais foram criados, e em cada bloco, duas cercas de neve foram construídas com cerca de cinco metros de distância no inverno para controlar a cobertura de neve. A cobertura de neve mais espessa no inverno servia como isolante, criando temperaturas ligeiramente elevadas - cerca de 1,1 graus Celsius (2 graus Fahrenheit) nas parcelas experimentais.

Além da diferença de temperatura, as condições do solo foram semelhantes nas parcelas experimental e controle. Os núcleos do solo foram retirados das parcelas experimentais e de controle em duas profundidades diferentes em dois momentos diferentes:1,5 anos após o início do experimento, e 4,5 anos após o início.

O DNA microbiano foi extraído dos núcleos e sequenciado usando o Genomics Core na Georgia Tech.

"Nossa análise dos dados resultantes mostrou quais espécies estavam lá, em que abundancia, quais espécies responderam ao aquecimento e por quanto - e quais funções elas possuíam relacionadas ao uso e liberação de carbono, "disse Eric R. Johnston, agora um pesquisador de pós-doutorado no Laboratório Nacional de Oak Ridge, que conduziu a análise do estudo como um Ph.D. em Georgia Tech. estudante.

Os núcleos das parcelas experimentais e de controle foram comparados para avaliar os efeitos do aquecimento. A respiração cumulativa do ecossistema também foi amostrada durante o mês seguinte à remoção dos núcleos.

"A resposta que observamos diferiu acentuadamente entre as duas profundidades do solo (15 a 25 centímetros e 45 a 55 centímetros) que foram amostradas para este estudo, "disse Johnston." Especificamente, no limite superior da camada limite do permafrost inicial - 45 a 55 centímetros abaixo da superfície - a abundância relativa de genes envolvidos na produção de metano (metanogênese) aumentou com o aquecimento, enquanto os genes envolvidos na respiração do carbono orgânico - a liberação de dióxido de carbono - se tornaram mais abundantes em profundidades mais rasas. "

A medição da respiração da comunidade mostrou aumentos na taxa de dióxido de carbono e liberação de metano nas parcelas que foram aquecidas. “Medições semelhantes também mostraram que esses gases estão sendo liberados a uma taxa maior em toda a região nos últimos anos como resultado do aquecimento do clima, "Johnston acrescentou.

As duas profundidades do solo correspondem a uma camada ativa perto da superfície que congela durante o inverno, mas descongela durante os meses mais quentes, expor o carbono. As medições mais profundas examinaram o solo logo acima do permafrost que descongela apenas por um breve período a cada ano. Essas variações criam diferenças fundamentais na biologia e na química nas duas profundidades.

"Esperávamos observar respostas de aquecimento diferentes entre as duas profundidades de amostragem, "Johnston disse." O degelo contínuo do solo permafrost está sendo observado em escala global, portanto, estávamos particularmente interessados ​​em avaliar as respostas microbiológicas ao degelo do permafrost. "

A pesquisa destaca a importância das comunidades microbianas na contribuição atmosférica de metano e dióxido de carbono para as mudanças climáticas, Konstantinidis disse.

"Por causa da grande quantidade de carbono nesses sistemas, bem como a resposta rápida e clara ao aquecimento encontrada neste experimento e em outros estudos, está se tornando cada vez mais claro que os micróbios do solo - particularmente aqueles nas latitudes do norte - e suas atividades precisam ser representados em modelos climáticos, "disse ele." Nosso trabalho fornece marcadores - espécies e genes - que podem ser usados ​​nesta direção. "