Omdat bacteriën zich aanpassen aan hogere temperaturen, ze versnellen hun ademhaling en geven meer koolstof af, mogelijk versnellende klimaatverandering.

Door meer koolstof vrij te maken naarmate de temperatuur op aarde stijgt, bacteriën en verwante organismen, archaea genaamd, zouden de klimaatopwarming sneller kunnen doen toenemen dan de huidige modellen suggereren. Het nieuwe onderzoek, vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie door wetenschappers van het Imperial College London, zou kunnen helpen bij het informeren van nauwkeurigere modellen van toekomstige klimaatopwarming.

Bacteriën en archaea, gezamenlijk bekend als prokaryoten, zijn aanwezig op elk continent en vormen ongeveer de helft van de wereldwijde biomassa - het totale gewicht van alle organismen op aarde.

De meeste prokaryoten voeren een ademhaling uit die energie verbruikt en koolstofdioxide afgeeft, net zoals we doen wanneer we uitademen. De hoeveelheid kooldioxide die vrijkomt gedurende een bepaalde periode hangt af van de ademhalingssnelheid van de prokaryoot, die kan veranderen als reactie op de temperatuur.

Echter, de exacte relatie tussen temperatuur, ademhalingssnelheid en koolstofoutput is onzeker. Nutsvoorzieningen, door het samenbrengen van een database van veranderingen in de ademhalingsfrequentie volgens de temperatuur van 482 prokaryoten, onderzoekers hebben ontdekt dat de meerderheid hun koolstofoutput zal verhogen als reactie op hogere temperaturen in een grotere mate dan eerder werd gedacht.

'Double whammy'-effect

Hoofdonderzoeker dr. Samraat Pawar, van de afdeling Life Sciences van Imperial, zei:"Op korte termijn op een schaal van dagen tot uren, individuele prokaryoten zullen hun metabolisme verhogen en meer koolstofdioxide produceren. Echter, er is nog steeds een maximale temperatuur waarbij hun metabolisme inefficiënt wordt.

"Op langere termijn over jaren, deze prokaryotengemeenschappen zullen evolueren om efficiënter te zijn bij hogere temperaturen, waardoor ze hun metabolisme en hun koolstofoutput verder kunnen verhogen.

"Stijgende temperaturen veroorzaken daarom een ​​'double whammy'-effect op veel prokaryotengemeenschappen, waardoor ze zowel op korte als op lange termijn efficiënter kunnen functioneren, en het creëren van een nog grotere bijdrage aan de wereldwijde koolstof en de daaruit voortvloeiende temperaturen."

Prokaryoten uit alle omgevingen

De onderzoekers verzamelden prokaryote reacties op temperatuurveranderingen van over de hele wereld en in alle verschillende omstandigheden - van zoute Antarctische meren onder 0°C tot thermale baden boven 120°C.

Ze ontdekten dat prokaryoten die gewoonlijk werken in een gemiddeld temperatuurbereik - onder 45°C - een sterke reactie vertonen op veranderende temperatuur, het verhogen van hun ademhaling op zowel de korte termijn (dagen tot weken) als de lange termijn (maanden tot jaren).

Prokaryoten die in hogere temperatuurbereiken werken - boven 45°C - vertoonden niet zo'n reactie, maar aangezien ze om te beginnen bij zulke hoge temperaturen werken, het is onwaarschijnlijk dat ze worden beïnvloed door klimaatverandering.

De kortetermijnreacties van prokaryoten bij gemiddelde temperatuur op opwarming waren groter dan die gerapporteerd voor eukaryoten - organismen met complexere cellen, inclusief alle planten, schimmels en dieren.

Uitgaan van het 'globale gemiddelde'

Het team bouwde een wiskundig model dat voorspelde hoe deze veranderingen in de ademhalingssnelheid de koolstofoutput van prokaryotengemeenschappen zouden beïnvloeden. Hieruit bleek dat veranderingen op korte en lange termijn in de ademhalingsfrequentie zouden leiden tot een groter dan verwachte stijging van de koolstofoutput, die momenteel niet wordt vermeld in ecosysteem- en klimaatmodellen.

Hoofdauteur van het nieuwe onderzoek, doctoraat student Thomas Smith van de afdeling Life Sciences, zei:"De meeste klimaatmodellen gaan ervan uit dat de ademhalingssnelheden van alle organismen op dezelfde manier op temperatuur reageren, maar uit ons onderzoek blijkt dat bacteriën en archaea waarschijnlijk afwijken van het 'wereldgemiddelde'.

"Aangezien deze micro-organismen waarschijnlijk een belangrijke bijdrage leveren aan de totale ademhaling en koolstofuitstoot in veel ecosystemen, het is belangrijk dat klimaatmodellen rekening houden met hun hogere gevoeligheid voor temperatuurverandering op zowel korte als lange tijdschalen.

"Belangrijk voor toekomstige klimaatvoorspellingen, we zouden ook graag willen weten hoe het aantal prokaryoten, en hun overvloed binnen lokale ecosystemen, kan veranderen met stijgende temperaturen."