Elke druppel zoet water bevat duizenden verschillende organische moleculen die voorheen onopgemerkt bleven. Door de diversiteit van deze moleculen te meten en hoe ze interageren met de omgeving om hen heen, onderzoek heeft een onzichtbare wereld aan het licht gebracht die het functioneren van zoetwaterecosystemen beïnvloedt en kan bijdragen aan de uitstoot van broeikasgassen.

Kleine ondiepe meren domineren het zoetwatergebied van de wereld, en de sedimenten erin produceren al minstens een kwart van alle koolstofdioxide, en meer dan tweederde van al het methaan dat uit meren in onze atmosfeer vrijkomt. Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift PNAS , suggereert dat klimaatverandering ertoe kan leiden dat de niveaus van broeikasgassen die worden uitgestoten door noordelijke zoetwatermeren met 1,5 tot 2,7 keer toenemen.

"Wat we traditioneel 'koolstof' in zoet water noemden, blijkt een superdivers mengsel te zijn van verschillende op koolstof gebaseerde organische moleculen, " zei Dr. Andrew Tanentzap van het Cambridge Department of Plant Sciences, die het onderzoek leidde. "We hebben 'koolstof' in zoet water gemeten als een proxy voor alles, van waterkwaliteit tot de productiviteit van zoetwaterecosystemen. Nu hebben we ons gerealiseerd dat het de diversiteit van deze onzichtbare wereld van organische moleculen is die belangrijk is."

Naarmate het klimaat warmer wordt, vegetatiebedekking neemt toe in bossen op de noordelijke breedtegraden. Door dit effect te simuleren in twee meren in Ontario, Canada, de studie vond een verhoogde diversiteit aan organische moleculen - moleculen die koolstof in hun structuur bevatten - die het water binnendringen in de materie die wordt afgeworpen door nabijgelegen planten en bomen.

Organische moleculen zijn een voedselbron voor microben in de sedimenten van het meer, die ze afbreken en kooldioxide en methaan als bijproducten vrijgeven. Toenemende niveaus van organische moleculen kunnen daarom de microbiële activiteit versterken en meer broeikasgassen produceren.

Omdat dezelfde microben broeikasgassen kunnen maken uit veel verschillende organische moleculen, de diversiteit van organische moleculen bleek nauwer verbonden te zijn met niveaus van broeikasgasconcentraties dan de diversiteit van de microben. In aanvulling, een verhoogde diversiteit aan organische moleculen kan de broeikasgasconcentraties in wateren verhogen, omdat er meer moleculen zijn die kunnen worden afgebroken door zonlicht dat het water binnendringt.

Om het onderzoek uit te voeren, containers waren gevuld met verschillende verhoudingen van rotsen en organisch materiaal - bestaande uit loof- en naaldhoutafval uit nabijgelegen bossen - en ondergedompeld in het ondiepe water van de twee meren. Analyse van de monsters twee maanden later, gebruikmakend van de technieken van massaspectrometrie met ultrahoge resolutie en DNA-sequencing van de volgende generatie, toonde aan dat de diversiteit van organische moleculen gecorreleerd was met de diversiteit van microbiële gemeenschappen in het water, en dat de diversiteit van beide toenam naarmate de hoeveelheid organisch materiaal toenam.

Nauwkeurige voorspelling van koolstofemissies van natuurlijke systemen is van vitaal belang voor de betrouwbaarheid van berekeningen die worden gebruikt om het tempo van klimaatverandering te begrijpen, en de effecten van een warmere wereld.

"Klimaatverandering zal de bosbedekking vergroten en de soortensamenstelling veranderen, wat resulteert in een grotere verscheidenheid aan bladeren en plantenresten die in waterlopen vallen. We ontdekten dat de resulterende toename van de diversiteit van organische moleculen in het water leidt tot hogere broeikasgasconcentraties, "Zei Tanentzap. "Als we deze verbanden begrijpen, kunnen we kijken naar manieren om de CO2-uitstoot in de toekomst te verminderen, bijvoorbeeld door landbeheerpraktijken te veranderen."

Door de vegetatie rond zoetwatergebieden te veranderen, kunnen de organische moleculen die in het water terechtkomen veranderen. Het team breidt hun onderzoek nu uit door monsters te nemen van 150 meren in heel Europa, om de bredere ecologische gevolgen van de diversiteit van organische moleculen in natuurlijke zoetwatersystemen te begrijpen.