باکتری‌ها، مهم‌ترین عامل آزادسازی کربن موجود در خاک هستند

فرادید| بر اساس یافته‌های جدید محققان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) و دانشگاه آریزونا شمالی که در Nature Communications منتشر شده است، تنها چند گروه باکتریایی که در اکوسیستم‌های سراسر کره زمین یافت می‌شوند مسئول بیش از نیمی از چرخه‌های کربن در خاک هستند.

به گزارش فرادید؛ تحقیقات جدید نشان می‌دهد که علیرغم تنوع گونه‌های میکروبی موجود در خاک‌های وحشی که از چهار اکوسیستم مختلف جمع آوری شده اند، تنها سه تا شش گروه از باکتری‌های رایج در این اکوسیستم مسئول بیشتر استفاده از کربن خاک بودند.

خاک دارای دو برابر کربن بیشتر از پوشش گیاهی روی زمین است، بنابراین پیش بینی نحوه ذخیره و انتشار کربن در خاک به عنوان CO۲ یک محاسبه مهم در درک پویایی آب و هوا در آینده است. تیم تحقیقاتی، که شامل دانشمندان آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام (PNNL)، دانشگاه ماساچوست-آمهرست و دانشگاه ویرجینیای غربی بود، می‌پرسد که چگونه چنین فرآیند‌های کلیدی باکتریایی باید در مدل‌های سیستم زمین و آب و هوا مورد توجه قرار گیرد.

دانشمند LLNL می‌گوید: "در خاک‌های اصلاح شده با گلوکز، باکتری‌هایی که بیشترین کربن مشتق شده از گلوکز را مصرف می‌کردند، آن‌هایی بودند که بیشترین کربن خاک را استفاده می‌کردند، به این معنی که رفتار گروه کوچکی از گونه‌های کلیدی ممکن است بر تعادل کلی کربن سیستم تأثیر بگذارد. " جنیفر پت ریج، نویسنده مقاله و سرپرست منطقه تمرکز علمی LLNL DOE در حال بررسی میکروبیوم خاک است. "ترسیم جریان کربن از طریق گروه‌های مختلف میکروبی در توسعه مدل‌های کربن خاک حساس به تاکسون که ممکن است عدم قطعیت در پیش بینی تغییرات آب و هوا را کاهش دهد، بسیار مهم است. "

برام استون، محقق پسادکتری در مرکز علوم و جامعه اکوسیستم در دانشگاه آریزونا شمالی که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت و اکنون در آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام است، می‌گوید: "دوران توالی یابی بینش باورنکردنی‌ای را در مورد تنوع جهان میکروبی ارائه کرده است. " "اما داده‌های ما نشان می‌دهد که وقتی صحبت از عملکرد‌های مهم مانند تنفس خاک می‌شود، ممکن است افزونگی زیادی در جامعه خاک ایجاد شود. این چند بازیگر رایج و فراوان هستند که بیشترین تفاوت را ایجاد می‌کنند. "

این باکتری‌ها - برادیزوبیوم، اسیدوباکتری RB۴۱ و استرپتومایسس - در استفاده از کربن موجود در خاک و مواد مغذی افزوده شده به خاک بهتر از همتایان نادر خود بودند. هنگامی که کربن و نیتروژن به خاک اضافه شد، این دودمان غالب باکتری‌ها کنترل مواد مغذی خود را تثبیت کردند، نسبت به سایر گونه‌های موجود، سریعتر رشد کرده و سریعتر رشد کردند. اگرچه محققان هزاران موجود زنده منحصر به فرد و صد‌ها جنس مجزا (مجموعه‌ای از گونه ها) را شناسایی کردند، اما تنها شش مورد برای بیش از ۵۰ درصد مصرف کربن مورد نیاز بود و تنها سه جنس مسئول بیش از نیمی از مصرف کربن در خاک تقویت شده با مواد مغذی بودند.

با استفاده از آب با برچسب ایزوتوپ اکسیژن سنگین (O۱۸) به عنوان یک ردیاب، تیم محققین LLNL شامل پیت رایج و استیون بلازویچ، به دنبال ایزوتوپ‌های اکسیژن، توالی یابی DNA موجود در نمونه‌های خاک را دنبال کردند، تا ببینند کدام گونه‌ها آن را در DNA خود وارد کرده اند؛ یک سیگنال که نشان دهنده رشد است. این تکنیک که به آن کاوش ایزوتوپی پایدار کمی (qSIP) گفته می‌شود، به دانشمندان اجازه می‌دهد تا ردیابی کنند که کدام باکتری‌ها در خاک طبیعی در سطح گونه‌های جداگانه در خاک، در حال رشد هستند. سپس تیم فراوانی هر تاکسون را محاسبه کرد و اینگونه مدل سازی کرد که چگونه باکتری ها، کربن خاک را به طور موثر مصرف می‌کنند. مدلی که شامل ویژگی طبقه بندی، اندازه و رشد ژنوم بود، میزان CO۲ اندازه گیری شده را با دقت بیشتری نسبت به مدل‌هایی که فقط میزان فراوانی هر گروه باکتری را بررسی می‌کردند، پیش بینی کرد. همچنین نشان داد که تنها تعداد کمی از گونه‌ها بیشتر CO۲ تولید شده توسط محققان را تولید می‌کنند.

کرستن هوفوکل، سرپرست تیم علمی Microbiome در PNNL و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: "درک بهتر این که چگونه موجودات زنده در چرخه کربن نقش دارند، پیامد‌های مهمی در مدیریت باروری خاک و کاهش عدم قطعیت در پیش بینی تغییرات آب و هوا دارد. این تحقیق تنوع رده بندی و عملکرد میکروارگانیسم‌های خاک را متمایز می‌کند و از ما می‌خواهد تنوع زیستی را به روشی جدید در نظر بگیریم. "

تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور توسط اداره علوم وزارت انرژی پشتیبانی می‌شود.

منبع: LLNL