Wraz ze wzrostem globalnych temperatur, zwłaszcza w regionach położonych na dużych szerokościach geograficznych, drobnoustroje glebowe przechodzą krytyczną zmianę w sposobie przetwarzania składników odżywczych. Tradycyjnie te mikroorganizmy działają jak podmioty zajmujące się recyklingiem, przekształcając azot w formy, które mogą wykorzystać rośliny. Jednak nowe badania przeprowadzone na Islandii pokazują, że ocieplenie gleby powoduje, że drobnoustroje zatrzymują w sobie azot, zmniejszając ilość dostępną dla wzrostu roślin i potencjalnie zaostrzając zmianę klimatu. Zmiana ta zakłóca naturalny obieg składników odżywczych, co ma dalekosiężne konsekwencje dla roślinności i poziomu gazów cieplarnianych w atmosferze.
Eksperyment naturalny na Islandii
Ustalenia opierają się na unikalnym, długoterminowym badaniu przeprowadzonym na subarktycznych łąkach w pobliżu Hveragerdi na Islandii. Seria trzęsień ziemi, która miała miejsce w 2008 r., przypadkowo stworzyła naturalne laboratorium: aktywność geotermalna ogrzała obszary gleby o 0,5–40°C powyżej normalnej, umożliwiając badaczom obserwację reakcji ekosystemów w warunkach ciągłego ocieplenia. Ten naturalny eksperyment dał rzadką okazję do zbadania adaptacji drobnoustrojów do długotrwałego wzrostu temperatury, co nie jest możliwe w całkowicie kontrolowanych warunkach laboratoryjnych.
Naukowcy wykorzystali azot-15 do śledzenia przepływu składników odżywczych i odkryli, że po początkowej utracie azotu z gleby drobnoustroje stawały się coraz bardziej oszczędne. Zamiast uwalniać amoniak, produkt uboczny azotu, który może być wykorzystywany przez rośliny, rozpoczęli wewnętrzny recykling azotu. To zachowanie, opisane przez jednego z badaczy jako „mikrobiologiczny odpowiednik zatrzymywania moczu”, zmniejsza dostępność azotu dla roślin.
Implikacje dla ekosystemów
Ta akumulacja drobnoustrojów ma zarówno pozytywne, jak i negatywne konsekwencje. Z jednej strony zapobiega dalszej utracie azotu w wyniku wymywania lub uwalniania do atmosfery w postaci podtlenku azotu, silnego gazu cieplarnianego. Zwiększa jednak również konkurencję między roślinami i drobnoustrojami o ograniczone zasoby azotu.
Delikatna równowaga między wzrostem roślin (który pochłania węgiel) a rozkładem mikrobiologicznym (który uwalnia azot) zostaje zakłócona. Jeśli mikroorganizmy priorytetowo traktują własne potrzeby, wzrost roślin może spowolnić, zmniejszając zdolność ekosystemu do kompensowania emisji gazów cieplarnianych. Mogłoby to raczej przyspieszyć ocieplenie niż je łagodzić, podważając założenia niektórych modeli klimatycznych.
Wczesne ocieplenie ma kluczowe znaczenie
Naukowcy badają wczesne etapy ocieplenia gleby, aby określić, co dzieje się zanim nastąpi znacząca utrata składników odżywczych. Przesadzanie normalnych gleb w cieplejsze miejsca pokazuje, że większość wyczerpania składników odżywczych następuje w ciągu pierwszych 5–10 lat ocieplenia. Odkrycie to podkreśla, że najbardziej szkodliwe skutki występują w początkowej fazie gorączki, co sprawia, że interwencja chirurgiczna ma kluczowe znaczenie.
Zagrożenie sprzężeniem zwrotnym węgla
Badanie podkreśla możliwe niedoszacowanie w modelach klimatycznych udziału strat azotu i węgla z zimnych gleb w globalnym ociepleniu. Gleby arktyczne przechowują ogromne ilości częściowo rozłożonej materii organicznej – ogromnego rezerwuaru węgla. Rosnące temperatury zwiększają aktywność drobnoustrojów, przyspieszając rozkład i uwalniając więcej dwutlenku węgla.
Obecnie kwestionuje się oczekiwanie, że rośliny będą rosły intensywniej w cieplejszych warunkach i pochłaniały nadmiar węgla. Zamiast tego akumulacja drobnoustrojów zmniejsza dostępność azotu, osłabiając wzrost roślin i zmniejszając zdolność ekosystemu do pełnienia roli pochłaniacza dwutlenku węgla. Tworzy to niebezpieczną pętlę sprzężenia zwrotnego: mniejszy wzrost roślin, uboższe gleby i ciągła emisja gazów cieplarnianych.
Zastrzeżenia i przyszłe badania
Chociaż badanie jest przełomowe, przyznaje, że ma ograniczenia. Gleby nagrzane geotermalnie mogą nie odzwierciedlać doskonale wzorców globalnego ocieplenia, które obejmują rosnącą temperaturę powietrza, a nie tylko ocieplenie strefy korzeniowej. Ponadto islandzkie gleby wulkaniczne różnią się od bogatych w torfy krajobrazów arktycznych występujących w Skandynawii i Rosji. Dalsze badania w różnych środowiskach arktycznych są niezbędne do potwierdzenia tych ustaleń.
Odkrycia te podkreślają kluczowy, ale często pomijany aspekt zmiany klimatu: złożoną interakcję między drobnoustrojami, roślinami i obiegiem składników odżywczych. Ignorowanie tych dynamicznych procesów może prowadzić do niedokładnych prognoz klimatycznych i nieskutecznych strategii łagodzenia.
