Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass ein sich erwärmendes Klima global vorkommende mikrobielle Gemeinschaften von Kohlenstoffsenken zu Kohlenstoffemittenten machen könnte, was möglicherweise Wendepunkte des Klimawandels auslösen könnte. Die Ergebnisse werden veröffentlicht in Funktionelle Ökologie.
Mixotrophe Mikroben sind Organismen, die zwischen Photosynthese wie Pflanzen (Kohlendioxid absorbieren) und fressen wie Tieren (Kohlendioxid freisetzen) wechseln können. Sie kommen weltweit häufig vor, kommen häufig in Süßwasser- und Meeresumgebungen vor und machen schätzungsweise den Großteil des Meeresplanktons aus.
Durch die Entwicklung einer Computersimulation, die modellierte, wie mixotrophe Mikroben als Reaktion auf die Erwärmung Energie aufnehmen, haben Forscher der Duke University und der University of California Santa Barbara herausgefunden, dass mixotrophe Mikroben unter Erwärmungsbedingungen von Kohlenstoffsenken zu Kohlenstoffemittenten werden.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich diese sehr häufig vorkommenden mikrobiellen Gemeinschaften bei steigenden Temperaturen von einem Netto-Kühleffekt auf den Planeten hin zu einem Netto-Erwärmungseffekt verändern könnten.
Dr. Daniel Wieczynski von der Duke University und Hauptautor der Studie sagte: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass mixotrophe Mikroben viel wichtigere Akteure bei den Reaktionen des Ökosystems auf den Klimawandel sind als bisher angenommen. Durch die Umwandlung mikrobieller Gemeinschaften in Netto-Kohlendioxidquellen als Reaktion auf die Erwärmung, Mixotrophe könnten die Erwärmung weiter beschleunigen, indem sie eine positive Rückkopplungsschleife zwischen der Biosphäre und der Atmosphäre schaffen.
Dr. Holly Moeller von der University of California Santa Barbara und Co-Autorin der Studie fügte hinzu: „Da Mixotrophe Kohlendioxid sowohl einfangen als auch ausstoßen können, sind sie wie ‚Schalter‘, die entweder dazu beitragen könnten, den Klimawandel zu reduzieren oder ihn noch schlimmer zu machen.“ Diese Käfer.“ sind winzig, aber ihre Auswirkungen können wirklich groß werden. Wir brauchen Modelle wie dieses, um zu verstehen, wie das geht.“
Dr. Jean-Philippe Gibert von der Duke University und ein weiterer Co-Autor der Studie sagten: „Moderne Vorhersagemodelle des langfristigen Klimawandels berücksichtigen derzeit nur die mikrobielle Wirkung in einer extrem reduzierenden, teilweisen oder manchmal extrem reduktiven, teilweisen oder manchmal.“ Einfach falsch. Forschung wie diese ist daher dringend erforderlich, um unser umfassenderes Verständnis der biotischen Kontrollen der atmosphärischen Prozesse auf der Erde zu verbessern.“
Der mixotrophe Protist Paramecium bursaria kann Bakterien fressen oder Photosynthese nutzen, um Energie und Kohlenstoff zu gewinnen. Die Photosynthese findet innerhalb der endosymbiotischen Chlorella-Algen (grüne Kugeln) statt, die in P-bursaria-Zellen leben. Bildnachweis: Daniel Wieczynski, CC BY
Ein Frühwarnsystem
Das Modell der Forscher zeigte auch, dass ihre Häufigkeit stark zu schwanken beginnt, kurz bevor mixotrophe Mikrobengemeinschaften dazu übergehen, Kohlendioxid auszustoßen. Diese Veränderungen könnten in der Natur durch die Überwachung der Häufigkeit mixotropher Mikroben erkannt werden und geben Anlass zur Hoffnung, dass diese Mikroben als Frühwarnsignale für Wendepunkte des Klimawandels dienen könnten.
Dr. Wieczynski sagte: „Diese Mikroben könnten als Frühindikatoren für die katastrophalen Auswirkungen des schnellen Klimawandels dienen, was besonders wichtig in Ökosystemen ist, die derzeit große Kohlenstoffsenken wie Torfgebiete sind, wo Mixotrophe in großer Zahl vorkommen.“
Allerdings fanden die Forscher auch heraus, dass diese Frühwarnsignale durch einen Anstieg der Nährstoffe wie Stickstoff in der Umwelt, der typischerweise durch Abflüsse aus der Landwirtschaft und Abwasseraufbereitungsanlagen verursacht wird, gedämpft werden können.
Wenn höhere Mengen solcher Nährstoffe in die Simulationen einbezogen wurden, stellten die Forscher fest, dass der Temperaturbereich, in dem die verräterischen Schwankungen auftreten, kleiner wird, bis das Signal schließlich verschwindet und der Wendepunkt ohne erkennbare Vorwarnung erreicht wird.
„Das Erkennen dieser Warnzeichen wird eine Herausforderung sein. Vor allem, wenn sie durch die Nährstoffverschmutzung immer subtiler werden.“ Sagte Dr. Möller. „Die Auswirkungen, wenn sie fehlen, sind jedoch enorm. Wir könnten dazu führen, dass sich die Ökosysteme in einem viel weniger wünschenswerten Zustand befinden und der Atmosphäre Treibhausgase hinzufügen, anstatt sie zu entfernen.“
In der Studie führten die Forscher Simulationen mit einer Temperaturspanne von 4 Grad von 19 bis 23 Grad Celsius durch. Die globalen Temperaturen dürften innerhalb der nächsten fünf Jahre um 1,5 Grad Celsius über das vorindustrielle Niveau ansteigen und sind auf dem besten Weg, bis zum Ende dieses Jahrhunderts die Marke von 2 bis 4 Grad zu überschreiten.
Die Forscher weisen darauf hin, dass die in der Studie verwendete mathematische Modellierung auf begrenzten empirischen Beweisen beruht, um die Auswirkungen der Erwärmung auf mikrobielle Gemeinschaften zu untersuchen. Dr. Wieczynski sagte: „Obwohl Modelle leistungsstarke Werkzeuge sind, müssen theoretische Ergebnisse letztendlich empirisch überprüft werden. Wir plädieren nachdrücklich für weitere experimentelle und beobachtende Tests unserer Ergebnisse.“
Mehr Informationen:
Daniel Wieczynski et al., Mixotrophe Mikroben erzeugen Kohlenstoff-Kipppunkte bei Erwärmung, Funktionelle Ökologie (2023). DOI: 10.1111/1365-2435.14350