Почва, один из крупнейших резервуаров углерода и дом для миллиардов микроорганизмов, представляет собой очень сложную экосистему, которая необходима для здорового климата.
Учитывая разнообразие компонентов почвы — минералов, органических веществ, живых организмов, газов и воды — ученые десятилетиями пытались понять экологию и функции почвенных микроорганизмов.
Эмбер Моррисси, доцент кафедры экологической микробиологии, и Эдди Брзостек, доцент кафедры экологии лесов и моделирования экосистем, финансируемые за счет гранта в размере $756 318 от Национального научного фонда, стремятся определить, какие микроорганизмы потребляют ключевые типы почвенного углерода, и использовать полученные данные, чтобы улучшить прогноз изменения климата.
«Микробы важны для разложения органических веществ в почве», — сказал Моррисси.
«Они являются основными действующими лицами, осуществляющими этот процесс, и, как следствие, они играют большую роль в глобальном углеродном цикле, возвращая углерод, который попадает в почву в результате выращивания наземных растений, в атмосферу в виде углекислого газа».
В ходе исследовательского проекта он будет использовать зондирование стабильных изотопов, передовую лабораторную технику, чтобы отслеживать поглощение углерода и характеризовать функцию микробов в их естественных сообществах.
«Исторически было очень сложно понять, что делают микробы в почве и других природных системах, потому что они такие крошечные, а сообщества настолько разнообразны», — сказал Моррисси.
«И если вы изолируете их в лаборатории, то их функционирование в этой искусственной среде может отличаться от того, как они функционируют в своей естественной среде».
Исследователи добавляют органические субстраты, такие как растительные остатки, которые содержат необычный изотоп углерода: C-13. Большинство атомов углерода являются C-12 и имеют шесть нейтронов и шесть протонов; однако у C-13 есть дополнительный нейтрон, который делает его тяжелее. Этот тяжелый C-13 затем может быть обнаружен в ДНК активных почвенных микроорганизмов.
Отсюда исследователи могут выяснить, какие микробы используют различные типы углерода в почве, и лучше предсказать, как эти процессы влияют на климат.
«Мы используем математические уравнения, чтобы попытаться составить прогнозы того, как изменения климата и изменения растительности повлияют на то, сколько углекислого газа будет накапливаться лесом или любой экосистемой в своей растительности или в почвах», — сказал Брзостек.
«Долгое время мы делали эти прогнозы, не имея на самом деле уравнений, учитывающих микроорганизмы».
Как только Моррисси обнаруживает, как отдельные микроорганизмы функционируют в почве, Брзостек может использовать эту информацию, чтобы предсказать, как будущее изменение климата повлияет на связывание углерода экосистемами.
«Страны во всём мире полагаются на прогностические модели, чтобы определить, насколько им необходимо сократить выбросы, чтобы поддерживать температуру Земли в определенном диапазоне. Включение микробов в модели сделает прогнозы более точными», — сказал Брзостек.
