Neu entdeckte Mikroben in Amazonas-Torfgebieten könnten die globale Kohlenstoffbilanz beeinflussen

Laut einer neuen Studie können komplexe Organismen, die tausendmal kleiner als ein Sandkorn sind, riesige Ökosysteme formen und das Schicksal des Erdklimas beeinflussen.

Forscher der Arizona State University haben zusammen mit ihren Kollegen von der National University of the Peruvian Amazonas eine unbekannte Familie von Mikroben identifiziert, die sich auf einzigartige Weise an die feuchten, sauerstoffarmen Bedingungen tropischer Torfmoore im nordwestlichen Amazonas-Regenwald Perus angepasst haben.

Die neue Forschung zeigt, dass diese Mikroben eine doppelte Rolle im Kohlenstoffkreislauf spielen und das Potenzial haben, den Klimawandel entweder zu mildern oder zu verstärken. Dieser Prozess kann Kohlenstoff entweder für die Langzeitspeicherung stabilisieren oder ihn als Treibhausgase, insbesondere CO2 und Methan, in die Atmosphäre freisetzen.

Unter stabilen Bedingungen ermöglichen diese Mikroben, dass Torfmoore als riesige Kohlenstoffspeicher fungieren, Kohlenstoff binden und Klimarisiken verringern. Allerdings können Umweltveränderungen, einschließlich Dürre und Erwärmung, ihre Aktivität auslösen und den globalen Klimawandel beschleunigen.

Und eine anhaltende, vom Menschen verursachte Störung des natürlichen Moorökosystems könnte bis zum Ende des Jahrhunderts 500 Millionen Tonnen Kohlenstoff freisetzen – das entspricht etwa 5 % der weltweiten jährlichen Emissionen aus fossilen Brennstoffen.

„Das mikrobielle Universum der Amazonas-Torfgebiete ist räumlich und zeitlich riesig, wurde durch ihre abgelegenen Standorte verdeckt und wurde hinsichtlich ihrer lokalen und globalen Beiträge kaum untersucht, aber dank lokaler Partnerschaften können wir sie jetzt besuchen und untersuchen.“ Schlüsselökosysteme“, sagt Hinsby Cadillo Quiroz, korrespondierender Autor der neuen Studie und Forscher am Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology an der ASU.

„Unsere Arbeit besteht darin, unglaubliche Organismen zu finden, die an diese Umgebung angepasst sind, und einige von ihnen bieten einzigartige und wichtige Dienste – von der Kohlenstoffstabilisierung oder dem Recycling bis hin zur Kohlenmonoxidentgiftung und anderen.“

Cadillo-Quiroz ist außerdem Forscherin am Biodesign Center for Fundamental and Applied Microbiomics und der ASU School of Life Sciences. ASU-Kollege Michael J. Pavia ist der Hauptautor der Untersuchung.

Die Studieerschienen in der Zeitschrift American Society for Microbiology Spektrum der Mikrobiologiebetont die Bedeutung des Schutzes tropischer Torfmoore zur Stabilisierung eines der bedeutendsten Kohlenstoffspeichersysteme der Erde und unterstreicht das subtile Zusammenspiel zwischen mikrobiellem Leben und globaler Klimaregulierung.

Warum Moore für die Klimastabilität von entscheidender Bedeutung sind

Die Amazonas-Torfgebiete gehören zu den größten Kohlenstoffspeichern der Erde und speichern in ihren dichten, gesättigten Böden schätzungsweise 3,1 Milliarden Tonnen Kohlenstoff – etwa doppelt so viel wie alle Wälder der Welt. Torfmoore sind für die globale Kohlenstoffspeicherung von entscheidender Bedeutung, da ihre wassergesättigten Bedingungen die Zersetzung verlangsamen und es ermöglichen, dass sich organisches Material über Tausende von Jahren ansammelt. Diese Ökosysteme spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Treibhausgasemissionen und der Beeinflussung globaler Klimamuster.

Aufbauend auf früheren Forschungsergebnissen beschreibt die aktuelle Studie neu identifizierte Mikroben – Teil der alten Bathyarchaeia-Gruppe, die ein komplexes Netzwerk bildet, das für das Funktionieren dieses Ökosystems unerlässlich ist. Die Studie unterstreicht die bemerkenswerte Fähigkeit dieser Mikroorganismen, den Kohlenstoffkreislauf in Mooren zu regulieren. Im Gegensatz zu den meisten Organismen können diese Mikroben dank ihrer metabolischen Flexibilität unter extremen Bedingungen gedeihen, einschließlich Umgebungen mit wenig oder gar keinem Sauerstoff.

Die Mikroben kommen im Pastaza-Marañón-Vorlandbecken vor – einem lebenswichtigen Torfgebiet im nordwestlichen Amazonas-Regenwald Perus. Das etwa 100.000 Quadratkilometer große Becken umfasst riesige Gebiete mit überschwemmtem Regenwald und Sümpfen, die von uraltem Torf unterlegt sind.

Diese Moormikroben verbrauchen Kohlenmonoxid – verstoffwechseln ein für viele Organismen giftiges Gas – und wandeln es in Energie um, wodurch gleichzeitig die Kohlenstofftoxizität in der Umwelt verringert wird. Durch den Abbau von Kohlenstoffverbindungen entstehen Wasserstoff und CO2, aus denen andere Mikroben Methan erzeugen. Aufgrund ihrer Fähigkeit, sowohl unter sauerstoffreichen als auch unter sauerstoffarmen Bedingungen zu überleben, sind sie gut für die Umgebung des Amazonas geeignet, wo der Wasserstand und die Sauerstoffverfügbarkeit im Laufe des Jahres schwanken.

Allerdings stören Veränderungen der Niederschläge, der Temperatur und menschlicher Aktivitäten, einschließlich Abholzung und Bergbau, dieses empfindliche Gleichgewicht und führen dazu, dass Moore Treibhausgase wie Kohlendioxid und Methan freisetzen.

Klimaverbindung

Während tropische Moore derzeit als Kohlenstoffsenken fungieren und mehr Kohlenstoff absorbieren als sie abgeben, sind sie zunehmend anfällig für den Klimawandel. Steigende Temperaturen und veränderte Niederschlagsmuster könnten diese Moore austrocknen und sie in Kohlenstoffquellen verwandeln.

Die Freisetzung von Milliarden Tonnen Kohlendioxid und Methan aus Torfmooren würde die globale Erwärmung deutlich verstärken. Die Ergebnisse unterstreichen die dringende Notwendigkeit, tropische Moore vor menschlichen Aktivitäten und klimabedingtem Stress zu schützen.

Die Forscher plädieren für eine nachhaltige Landbewirtschaftung, einschließlich der Reduzierung von Entwaldung, Entwässerung und Bergbauaktivitäten in Torfgebieten, um Störungen vorzubeugen. Weitere Untersuchungen mikrobieller Gemeinschaften sind erforderlich, um ihre Rolle im Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf besser zu verstehen.

Auch die Verfolgung von Temperatur-, Niederschlags- und Ökosystemdynamikänderungen ist notwendig, um zukünftige Auswirkungen auf Moore vorherzusagen.

Neue Wege

Die Entdeckung äußerst anpassungsfähiger Torfmikroben erweitert unser Verständnis der mikrobiellen Vielfalt und unterstreicht die Widerstandsfähigkeit des Lebens in extremen Umgebungen. Diese Mikroben stellen ein Schlüsselelement bei der Bewältigung der globalen Klimaherausforderungen dar und zeigen, wie kleinste Organismen einen übergroßen Einfluss auf die Systeme der Erde haben können.

Diese von der National Science Foundation unterstützte Forschung stellt einen bedeutenden Fortschritt beim Verständnis der entscheidenden Rolle tropischer Torfmoore und ihrer mikrobiellen Bewohner im globalen Kohlenstoffkreislauf dar. Während der Klimawandel unseren Planeten weiterhin verändert, bergen diese verborgenen Ökosysteme Lehren, die zur Sicherung unserer Zukunft beitragen können.

Cadillo-Quiroz und sein Team planen, dieses mikrobielle und ökologische Wissen für die Bewirtschaftung und Wiederherstellung tropischer Torfmoore in ihrer zukünftigen Arbeit zu nutzen, die verfolgt werden kann Hier.

„Die Arbeit, Mikroben und Ökosysteme im üppigen und herrlichen Amazonas-Regenwald zu verstehen, ist die Ehre meines Lebens, die ich zum Schutz dieser Region im Kampf gegen den Klimawandel nutzen möchte“, sagt Cadillo-Quiroz.