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    O aumento da temperatura da tundra cria mudanças preocupantes nas comunidades microbianas

    Os pesquisadores estudaram o impacto do aquecimento nas comunidades microbianas em uma área de tundra perto do Parque Nacional Denali, no Alasca. Crédito:Professor Ted Schuur, Northern Arizona University

    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.

    Parcelas de teste foram usadas por pesquisadores para estudar os efeitos do aquecimento nas comunidades microbianas na paisagem do interior do Alasca. Crédito:Professor Ted Schuur, Northern Arizona University

    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 respiração cumulativa das comunidades microbianas da tundra foi amostrada durante o mês seguinte à remoção dos núcleos do solo. Crédito:Professor Ted Schuur, Northern Arizona University

    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. "


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