Zonlicht en microben werken samen om opgeloste organische koolstof (DOC) in oppervlaktewateren af ​​te breken, maar wetenschappers kunnen momenteel de snelheid en omvang van deze degradatie in donkere of lichte omstandigheden niet voorspellen. Een recente studie helpt verklaren hoe zonlicht de samenstelling van de organische stof verandert.

De snelheid waarmee microben DOC kunnen verwerken, wordt waarschijnlijk bepaald door een combinatie van de overvloed en instabiliteit van DOC, geëxporteerd van land naar water en geproduceerd door fotochemische processen, en de capaciteit en tijdschaal die microbiële gemeenschappen moeten aanpassen om DOC te metaboliseren dat is blootgesteld aan zonlicht. Deze nieuwe informatie zou kunnen helpen bij het ontwikkelen van nauwkeurigere methoden voor het beoordelen van het klimaat in het verleden.

Fotochemische verwerking van DOC levert waarschijnlijk ongeveer een derde van de CO2 die vrijkomt uit oppervlaktewateren in het noordpoolgebied, door ofwel DOC direct te mineraliseren tot CO2 of indirect de chemische samenstelling van DOC te veranderen en, beurtelings, snelheden van microbiële ademhaling. Momenteel, wetenschappers kunnen de snelheid en omvang van deze degradatie niet voorspellen in donkere of lichte omstandigheden. Een team van onderzoekers van de Universiteit van Michigan, Oceanografische instelling Woods Hole, Staatsuniversiteit van Oregon, en EMSL, het Environmental Molecular Science Laboratory, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit, gecombineerde geavanceerde karakteriseringstechnieken om microbiële en DOC-samenstelling te karakteriseren.

De onderzoekers karakteriseerden de output van fotochemische experimenten op korte termijn met behulp van Fourier-Transform Ion Cyclotron Resonance massaspectrometrie bij EMSL samen met metingen van microbiële activiteit, gemeenschapssamenstelling, en genexpressie. In donkere omstandigheden, ze vonden microben afkomstig uit diepe permafrost, of oppervlakte organische laag bodems, degradeerde de DOC die het meest aanwezig was in beide bodems.

Ze ontdekten dat blootstelling aan zonlicht de overvloedige DOC produceerde of verwijderde die door microben werd gebruikt, die veranderingen veroorzaakte in belangrijke metabole stappen die door de inheemse microbiële gemeenschappen werden genomen om zich aan te passen aan en de door licht veranderde DOC af te breken. Wijziging van permafrost DOC door zonlicht aan verbindingen die door microben worden gebruikt, resulteert in een tweevoudige toename van de ademhalingsfrequentie, wat suggereert dat wanneer permafrost DOC wordt geëxporteerd naar zonovergoten oppervlaktewateren, het snel kan worden ingeademd tot CO2. De gekoppelde fotochemische en biologische afbraak van permafrost DOC kan een steeds belangrijker onderdeel worden van het Arctische koolstofbudget naarmate de temperatuur stijgt. De nieuwe bevindingen kunnen worden gebruikt om nauwkeurigere methoden te ontwikkelen voor het beoordelen van klimaatprocessen.