El aumento de las temperaturas en la tundra de las latitudes septentrionales de la Tierra podría afectar a las comunidades microbianas de manera que puedan aumentar su producción de gases de efecto invernadero, metano y dióxido de carbono, según sugiere un nuevo estudio del suelo de Alaska calentado experimentalmente.
Aproximadamente la mitad del carbono subterráneo total del mundo está almacenado en los suelos de estas latitudes frías del norte. Eso es más del doble de la cantidad de carbono que se encuentra actualmente en la atmósfera como dióxido de carbono, pero hasta ahora la mayor parte ha estado encerradaen el suelo muy frío. El nuevo estudio, que se basó en la metagenómica para analizar los cambios en las comunidades microbianas que se están calentando experimentalmente, podría aumentar las preocupaciones sobre cómo la liberación de este carbono puede exacerbar el cambio climático.
"Vimos que las comunidades microbianas responden con bastante rapidez, en cuatro o cinco años, incluso a niveles modestos de calentamiento", dijo Kostas T. Konstantinidis, autor correspondiente del artículo y profesor en la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental yla Facultad de Ciencias Biológicas del Instituto de Tecnología de Georgia.
"Las especies microbianas y sus genes involucrados en la liberación de dióxido de carbono y metano aumentaron su abundancia en respuesta al tratamiento de calentamiento. Nos sorprendió ver tal respuesta incluso al calentamiento leve".
El nuevo estudio fue apoyado por el Departamento de Energía de los EE. UU. Y la National Science Foundation, e informó el 8 de julio en la primera edición de la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Investigadores de la Universidad de Oklahoma, la Universidad Estatal de Michigan y la Universidad del Norte de Arizona colaboraron con Georgia Tech en el estudio.
El estudio proporciona información cuantitativa sobre la rapidez con que las comunidades microbianas respondieron al calentamiento a profundidades críticas, y destaca los metabolismos microbianos dominantes y los grupos de organismos que están respondiendo al calentamiento en la tundra. El trabajo subraya la importancia de representar con precisión el papel demicrobios del suelo en modelos climáticos.
La investigación comenzó en septiembre de 2008 en un área húmeda y ácida de tundra en el interior de Alaska, cerca del Parque Nacional Denali. Se crearon seis bloques experimentales, y en cada bloque, se construyeron dos cercas de nieve a unos cinco metros de distancia en invierno para controlarcubierta de nieve. Una cubierta de nieve más gruesa en el invierno sirvió como aislante, creando temperaturas ligeramente elevadas, alrededor de 1.1 grados Celsius 2 grados Fahrenheit en las parcelas experimentales.
Aparte de la diferencia de temperatura, las condiciones del suelo fueron similares en las parcelas experimentales y de control. Los núcleos de suelo se tomaron de las parcelas experimentales y de control a dos profundidades diferentes en dos momentos diferentes: 1.5 años después del comienzo del experimento y 4.5 años despuésel comienzo.
El ADN microbiano se extrajo de los núcleos y se secuenció usando Genomics Core en Georgia Tech.
"Nuestro análisis de los datos resultantes mostró qué especies estaban allí, en qué abundancia, qué especies respondieron al calentamiento y en qué medida, y qué funciones poseían relacionadas con el uso y liberación de carbono", dijo Eric R. Johnston, ahoraun investigador postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, quien realizó el análisis del estudio como estudiante de doctorado de Georgia Tech.
Los núcleos de las parcelas experimentales y de control se compararon para evaluar los efectos del calentamiento. También se muestreó la respiración acumulativa del ecosistema durante el mes siguiente a la extracción de los núcleos.
"La respuesta que observamos difirió marcadamente entre las dos profundidades del suelo 15 a 25 centímetros y 45 a 55 centímetros que se tomaron muestras para este estudio", dijo Johnston. "Específicamente, en el límite superior de la capa límite inicial de permafrost -- 45 a 55 centímetros debajo de la superficie - la abundancia relativa de genes involucrados en la producción de metano metanogénesis aumentó con el calentamiento, mientras que los genes involucrados en la respiración de carbono orgánico - la liberación de dióxido de carbono - se hicieron más abundantes a profundidades más bajas ".
La medición de la respiración de la comunidad mostró aumentos en la tasa de dióxido de carbono y liberación de metano en las parcelas que se calentaron. "Medidas similares también han demostrado que estos gases se están liberando a una tasa mayor en toda la región en los últimos años comoresultado del calentamiento climático ", agregó Johnston.
Las dos profundidades del suelo corresponden a una capa activa cerca de la superficie que se congela durante el invierno pero se descongela durante los meses más cálidos, exponiendo el carbono. Las mediciones más profundas examinaron el suelo justo por encima del permafrost que se descongela por un breve período de tiempo cada año. Estas variacionescrear diferencias fundamentales en biología y química en las dos profundidades.
"Esperábamos observar respuestas de calentamiento que diferían entre las dos profundidades de muestreo", dijo Johnston. "La descongelación continua del suelo de permafrost se está observando a escala global, por lo que estábamos particularmente interesados en evaluar las respuestas microbiológicas para descongelar el permafrost".
La investigación destaca la importancia de las comunidades microbianas en la contribución del metano atmosférico y el dióxido de carbono al cambio climático, dijo Konstantinidis.
"Debido a la gran cantidad de carbono en estos sistemas, así como a la respuesta rápida y clara al calentamiento que se encuentra en este experimento y otros estudios, cada vez es más claro que los microbios del suelo, particularmente aquellos en las latitudes del norte,"y sus actividades deben estar representadas en modelos climáticos", dijo. "Nuestro trabajo proporciona marcadores, especies y genes, que pueden usarse en esta dirección".
Además de los ya mencionados, los autores del artículo incluyeron a Janet K. Hatt de Georgia Tech, Zhili He y Liyou Wu de la Universidad de Oklahoma, Xue Guo de la Universidad de Tsinghua, Yiqi Luo y Edward AG Schuur de la Universidad del Norte de Arizona, JamesM. Tiedje de la Universidad Estatal de Michigan y Jizhong Zhou del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
Esta investigación fue apoyada por el premio DE-SC0004601 del Departamento de Energía de los EE. UU. Y por los premios 1356288 y 1759831 de la National Science Foundation. Cualquier opinión, hallazgo y conclusión o recomendación expresada en este material es de los autores y no necesariamente refleja elpuntos de vista de las organizaciones patrocinadoras.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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