Twee onderzoekers van de Montana State University hebben een belangrijke rol gespeeld bij het ontdekken hoe microbiële gemeenschappen in smeltende gletsjers bijdragen aan de koolstofcyclus van de aarde. een bevinding die wereldwijde implicaties heeft, aangezien het grootste deel van de gletsjers op aarde krimpt als reactie op een opwarmend klimaat.

Heidi Smit, een postdoctoraal onderzoeker, en Christine Foreman, universitair hoofddocent chemische en biologische technologie, beide van het Center for Biofilm Engineering in MSU's College of Engineering, waren co-auteurs van een paper gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Natuur Geowetenschappen . Het artikel is op 3 april gepubliceerd op de website van het tijdschrift.

Getiteld "Microbiële vorming van labiele organische koolstof in Antarctische glaciale omgevingen, " het artikel is mede geschreven door onderzoekers van de Universiteit van Colorado in Boulder, de U.S. Geological Survey, Universiteit van Stockholm in Zweden en het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie in Duitsland.

Het artikel daagt de heersende theorie uit dat micro-organismen die in gletsjersmeltwater worden aangetroffen, voornamelijk oude organische koolstof consumeren die ooit op gletsjeroppervlakken was afgezet en in ijs werd opgenomen toen gletsjers zich vormden.

"We voelden dat er een andere kant aan het verhaal was, " zei Smit, hoofdauteur van de krant. Smith behaalde een Ph.D. in ecologie en milieuwetenschappen in MSU's Department of Land Resources and Environmental Sciences in 2016, met Foreman als haar adviseur.

"Wat we voor het eerst hebben aangetoond, is dat een groot deel van de organische koolstof in plaats daarvan afkomstig is van fotosynthetische bacteriën" die ook in het ijs worden aangetroffen en die actief worden als het ijs smelt, zei Smit. Zoals planten, die bacteriën absorberen koolstofdioxide en vormen op hun beurt een bron van organisch materiaal.

Het onderzoeksteam deed de ontdekking na bemonstering van smeltwater uit een grote stroom die over het oppervlak van een gletsjer in de McMurdo Dry Valleys-regio van Antarctica in 2012 stroomt.

Nadien, Smith verbleef twee maanden aan het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie in Bremen, Duitsland, met steun van het vlaggenschip interdisciplinaire trainingsprogramma van de National Science Foundation, het Integratief Graduate Onderwijs- en Onderzoeksstage. Daar, ze werkte met collega's om te volgen hoe verschillende koolstofisotopen zich door het ecosysteem van het smeltwater bewogen, waardoor het team de oorsprong en activiteit van de koolstof kan bepalen.

De onderzoekers ontdekten uiteindelijk dat de glaciale microben de koolstof geproduceerd door de fotosynthetische bacteriën in een grotere snelheid gebruikten dan de oudere, complexere koolstofmoleculen die in het ijs worden afgezet, omdat de bacteriële koolstof meer "labiel, " of gemakkelijk afgebroken. De labiele koolstof "is een soort Snickers-reep, "wat betekent dat het een snelle, energierijke voedselbron die het meest beschikbaar is voor de microben, zei Smit.

Bovendien, de onderzoekers ontdekten dat de fotosynthetische bacteriën ongeveer vier keer meer koolstof produceerden dan werd opgenomen door de microben, waardoor een overmaat aan organische koolstof stroomafwaarts wordt weggespoeld. "De ecologische impact van deze biologisch geproduceerde organische koolstof op stroomafwaartse ecosystemen zal worden versterkt vanwege de zeer labiele aard, ' zei Voorman.

Hoewel individuele gletsjerstromen relatief kleine hoeveelheden organische koolstof exporteren, de grote massa gletsjers, die meer dan 10 procent van het aardoppervlak bedekken, betekent dat totale glaciale afvoer een belangrijke bron van het materiaal is. Mariene organische koolstof ondersteunt brede ecologische processen zoals de productie van fytoplankton, de basis van het voedselweb van de oceanen.

Naarmate gletsjers steeds meer smelten en de biologisch geproduceerde labiele koolstof, "we denken dat mariene microbiële gemeenschappen het meest worden beïnvloed, " zei Smith. "We hopen dat dit meer discussie genereert."

In een "News and Views"-commentaar bij het artikel in Nature Geoscience, Elizabeth Kujawinski, een vaste wetenschapper bij Woods Hole Oceanographic Institution, noemde het werk van het team "een elegante combinatie" van onderzoeksmethoden.

Samengenomen met een andere studie gepubliceerd in hetzelfde nummer van Natuur Geowetenschappen , over microbiële koolstofcycli in Groenland, Smith's paper "laat het idee leeglopen dat gletsjeroppervlakken slechte gastheren zijn voor microbieel metabolisme, " volgens Kujawinski. De twee studies "hebben vastgesteld dat microbiële koolstofcycli op gletsjeroppervlakken niet kunnen worden genegeerd, " voegde ze eraan toe.