Das Biosphere 2-Experiment zeigt, dass Böden unter Trockenstress mehr flüchtige organische Verbindungen in die Atmosphäre abgeben

Mikroben tun unter der Bodenoberfläche vieles, was mit bloßem Auge nicht sichtbar ist – von der Bindung von Kohlenstoff bis zum Aufbau des Fundaments der Erdkruste. Aber selbst winzige Mikroben spüren den Stress einer heißeren und trockeneren Zukunft.

Laut einer neuen Studie von Forschern der University of Arizona, veröffentlicht in NaturmikrobiologieBodenmikroben geben als Reaktion auf Trockenstress mehr flüchtige organische Verbindungen in die Atmosphäre ab.

Die Studie ist nur ein Teil des B2 Water, Atmosphere, and Life Dynamics-Projekts, das über 90 Forscher aus der ganzen Welt in den geschlossenen Regenwald der University of Arizona bei Biosphere 2 brachte, um ein Experiment mit kontrollierter Dürre durchzuführen und besser zu verstehen, was mit dem Regenwald passiert Ökosysteme der Welt, wenn Wasser knapp ist.

Die Entdeckung, wie Bodenmikroben unter Umweltstress Kohlenstoff verarbeiten und mit der Atmosphäre interagieren, hilft Wissenschaftlern dabei, vorherzusagen und zu unterstützen, wie sich Ökosysteme angesichts steigender Temperaturen und anhaltender Dürre anpassen werden.

Volatilität ist nicht das, was Sie vielleicht denken

Wenn die meisten Menschen an flüchtige organische Verbindungen denken, denken sie an Aerosole, die zur Erwärmung beitragen und sich negativ auf die Luftqualität auswirken können. Der Begriff „flüchtig“ bezieht sich jedoch lediglich darauf, wie leicht sich eine Chemikalie oder Verbindung von einer Flüssigkeit in ein Gas umwandeln kann Phase, erklärte die leitende Studienautorin Linnea Honeker, eine Postdoktorandin, die während des B2 WALD-Projekts mit dem außerordentlichen Professor für Umweltwissenschaften Malak Tfaily am College of Agriculture and Life Sciences zusammenarbeitete.

Viele flüchtige organische Verbindungen entstehen auf natürliche Weise und werden in unserem Atem, von Bäumen oder von im Boden lebenden Mikroben freigesetzt. Mikroben verbrauchen im Rahmen ihres Lebenszyklus auf natürliche Weise Kohlenstoff und produzieren im Gegenzug flüchtige Metaboliten.

Im Rahmen des B2 WALD-Projekts – unter der Leitung von Laura Meredith, einer außerordentlichen Professorin und Ökosystem-Genomik-Expertin an der School of Natural Resources and the Environment – ​​verwendeten Honeker und ein Team internationaler Boden- und Atmosphärenwissenschaftler ein markiertes Kohlenstoffisotop, um die Bewegung von zu verfolgen Kohlenstoff und Wasser im gesamten Regenwaldökosystem während des simulierten Dürreexperiments. Mithilfe von Bodenflusskammern konnte das Team den Verbrauch und die Freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen im Boden messen.

Weniger CO2, mehr VOCs

Während Mikroben daran arbeiteten, flüchtige organische Verbindungen abzubauen, die unter Umgebungsbedingungen oder vor der Dürre in den Böden entstanden waren, schienen dieselben Mikroben unter Dürrestress die Produktion zu steigern und den Verbrauch flüchtiger Metaboliten zu verringern.

„Wir haben herausgefunden, dass die mikrobielle Produktion von CO2 während der Dürre abnahm, aber es gab einen Nettoanstieg der Emissionen der flüchtigen Metaboliten Acetat, Aceton und Diacetyl“, sagte Honeker, der kürzlich eine Postdoktorandenstelle für Bodenmikrobiom-Bioinformatik am Lawrence Livermore National angenommen hat Labor.

Insgesamt ergab die Studie, dass die Effizienz des Kohlenstoffkreislaufs im Boden während der Dürre abnahm, und dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass Mikroben einen größeren Teil ihrer Ressourcen für die Produktion flüchtiger organischer Verbindungen und anderer schützender Verbindungen verwenden, um sich während der Dürre zu ernähren, sagte sie.

Es ist noch nicht klar, welche spezifische Rolle die in der Studie gefundenen flüchtigen organischen Verbindungen in der Boden-Atmosphäre-Dynamik spielen, aber die Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt zum Verständnis, wie kleine, aber mächtige Mikroben unter der Oberfläche auf Umweltstress reagieren.

„Diese Ergebnisse bringen uns dem Verständnis einen Schritt näher, wie Dürren, deren Häufigkeit und Dauer voraussichtlich zunehmen werden, den mikrobiellen Kohlenstoffkreislauf im Boden beeinflussen können, was wiederum weitreichende Auswirkungen auf Ökosystemdienstleistungen und sogar atmosphärische Prozesse haben kann.“ „, sagte Honeker.