Поскольку бактерии адаптируются к более высоким температурам, они ускоряют свое дыхание и выделяют больше углерода, потенциально ускоряя изменение климата.
Высвобождая больше углерода по мере повышения глобальной температуры, бактерии и родственные им организмы, называемые археями, могут увеличивать потепление климата быстрее, чем предполагают современные модели. Новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Communications учеными из Имперского колледжа Лондона, может помочь создать более точные модели будущего потепления климата.
Бактерии и археи, известные под общим названием прокариоты, присутствуют на каждом континенте и составляют около половины мировой биомассы - общего веса всех организмов на Земле.
Большинство прокариот осуществляют дыхание, которое использует энергию и выделяет углекислый газ - точно так же, как мы делаем это, когда выдыхаем. Количество углекислого газа, выделяемого в течение определенного периода времени, зависит от частоты дыхания прокариот, которая может меняться в зависимости от температуры.
Тем не менее, точная взаимосвязь между температурой, частотой дыхания и выбросом углерода остается неопределенной. Теперь, собрав воедино базу данных об изменениях частоты дыхания в зависимости от температуры у 482 прокариот, исследователи обнаружили, что большинство из них увеличивают выделение углерода в ответ на более высокие температуры в большей степени, чем считалось ранее..
Ведущий исследователь д-р Самраат Павар из Департамента наук о жизни Imperial сказал: «В краткосрочной перспективе, в масштабе от дней до часов, отдельные прокариоты увеличат свой метаболизм и будут производить больше углекислого газа. существует еще максимальная температура, при которой их метаболизм становится неэффективным.
В более долгосрочной перспективе, с годами, эти сообщества прокариот будут развиваться, чтобы быть более эффективными при более высоких температурах, что позволит им еще больше увеличить свой метаболизм и выделение углерода.
«Таким образом, повышение температуры наносит «двойной удар» по многим сообществам прокариот, позволяя им функционировать более эффективно как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе, и внося еще больший вклад в глобальный углерод и, как следствие, температуру».
Исследователи собрали реакцию прокариот на изменения температуры по всему миру и в самых разных условиях - от соленых антарктических озер с температурой ниже 0°C до термальных бассейнов с температурой выше 120°C.
Они обнаружили, что прокариоты, которые обычно функционируют в диапазоне средних температур - ниже 45°C - проявляют сильную реакцию на изменение температуры, увеличивая свое дыхание как в краткосрочной (от нескольких дней до недель), так и в долгосрочной перспективе (от нескольких месяцев до лет).
Прокариоты, работающие в более высоких температурных диапазонах - выше 45°C - не продемонстрировали такой реакции, но, поскольку они изначально работают при таких высоких температурах, изменение климата вряд ли повлияет на них.
Кратковременная реакция среднетемпературных прокариот на потепление была сильнее, чем у эукариот - организмов с более сложными клетками, включая все растения, грибы и животные.
Команда построила математическую модель, которая предсказала, как эти изменения частоты дыхания повлияют на выброс углерода сообществами прокариот. Это показало, что краткосрочные и долгосрочные изменения в частоте дыхания в совокупности приведут к большему, чем ожидалось, увеличению выхода углерода, которое в настоящее время не учитывается в экосистемных и климатических моделях..
Ведущий автор нового исследования, аспирант Томас Смит из Департамента наук о жизни, сказал: «Большинство климатических моделей предполагают, что частота дыхания всех организмов одинаково реагирует на температуру, но наше исследование показывает, что бактерии и археи, скорее всего, отклонятся от «глобального среднего значения».
Учитывая, что эти микроорганизмы, вероятно, вносят значительный вклад в общее дыхание и выделение углерода во многих экосистемах, для климатических моделей важно учитывать их более высокую чувствительность к изменению температуры как в краткосрочном, так и в долгосрочном масштабе.
"Что важно для будущих прогнозов климата, мы также хотели бы знать, как количество прокариот и их численность в местных экосистемах может измениться с повышением температуры."