V večnej zmrznutej pôde Aljašky boli objavené mikroorganizmy, ktoré boli zmrazené približne 40 000 rokov. Po rozmrazení v laboratóriu ožívajú, reorganizujú sa a začínajú spotrebovávať organický uhlík.
- Staroveké mikroorganizmy sa prebúdzajú po 40 000 rokoch.
- Emisie CO₂ a metánu z hlbokej večnej zeme.
- Počiatočné oneskorenie, potom zrýchlenie aktivity.
- Viac teplých mesiacov = viac uhlíka v atmosfére.
- Riziko klimatických spätných väzieb.
- Lokálne zmeny, globálny vplyv.
- Kľúčová veda pre klimatické modely a plánovanie.
Mikroorganizmy uväznené v hlbokej večnej zmrznutej pôde, t. j. v pôde, ktorá zostáva zmrznutá najmenej dva roky po sebe, sa môžu vrátiť k životu, keď teplota stúpne. Nielenže ožívajú: reorganizujú sa a začínajú metabolizovať uhlík, pričom počas niekoľkých mesiacov uvoľňujú oxid uhličitý a metán. Dokonca aj v vrstvách, ktoré boli desaťročia považované za bezpečné, príliš studené alebo izolované na to, aby sa o ne bolo treba obávať.
Niektoré z týchto foriem života spali takmer 40 000 rokov. Experimenty sa vykonávali na vzorkách odobratých vo výskumnom tuneli na okraji Fairbanksu na Aljaške, kde podzemné vrstvy slúžia ako prirodzený archív starovekých klimatických podmienok, zaniknutej vegetácie a mikroorganizmov, ktoré uviazli v pasci dávno pred vznikom moderných miest.
Mikroorganizmy v rozmrazovaní a uhlík
Práca prebieha pod vedením Tristana Cara, postdoktorandského výskumníka v oblasti geobiológie na Kalifornskom technologickom inštitúte. Špecializuje sa na štúdium toho, ako mikróby dokážu prežiť v podmienkach extrémnej zimy, nízkej dostupnosti kyslíka a minimálneho množstva živín, a ako obnovujú svoju aktivitu, keď ľad prestane byť ľadom.
Pôdy severných regiónov obsahujú obrovské množstvo organického uhlíka, približne dvakrát viac, ako je v súčasnosti v atmosfére. Ak sa tento uhlík začne premieňať na CO₂ alebo metán v dôsledku predlžovania leta, situácia sa môže rýchlo zhoršiť. Arktída sa už otepľuje rýchlejšie ako je celosvetový priemer, čo otvára dvere procesom, ktoré boli pred niekoľkými desaťročiami čisto teoretické.
Na Aljaške sa približne 85 % územia nachádza na večnej zmrznutej pôde. To ovplyvňuje stav ciest, budov, riek a dokonca aj miestneho rybného hospodárstva. To tiež vysvetľuje, prečo tunel vykopaný v zmrznutej pôde poskytuje taký cenný prístup k vrstvám, ktoré by za normálnych okolností nikdy nevideli denné svetlo.
Väčšina hlbokej večnej zmrznutej pôdy sa nachádza hlboko pod zónou, ktorá sa v lete rozmrazuje. Po tisíce rokov bola izolovaná od svetla, kyslíka a akýchkoľvek signálov z povrchu. To znamená, že mikroorganizmy, ktoré sa tam dole prebúdzajú, tvoria spoločenstvá, ktoré sa výrazne líšia od tých, ktoré žijú v blízkosti aktívnej povrchovej vrstvy.
Štúdium rozmrazených mikróbov
Vzorky boli odobraté v podzemnom komplexe severne od Fairbanksu. Aby vplyv vzduchu neovplyvnil výsledky, boli umiestnené do hermetických komôr s minimálnym obsahom kyslíka. Výskumníci inkubovali vzorky pri teplote 4 °C a 12 °C počas pol roka, čo zodpovedá miernym letám a teplejším obdobiam, ktoré sú v Arktíde čoraz častejšie.
Aby zistili, ktoré bunky skutočne rástli, pridali deutérium, ťažšiu formu vodíka. Ak mikroorganizmy začlenili tento deutérium do svojich membrán, znamenalo to, že opravovali poškodenia, rástli alebo obnovovali základné štruktúry. Súbežne používali metódy izotopového sledovania, aby sledovali biochemickú aktivitu a pozorovali, ako sa komunity menili v priebehu týždňov.
Zaujímavý detail: mnohé z prebudených buniek uprednostňovali syntézu glykolipidov, tukov spojených s odolnosťou voči chladu. Zdá sa, že tieto zlúčeniny im umožnili prežiť v zmrazenom stave po tisíce rokov, čo by v akomkoľvek inom kontexte bolo takmer nemožné.
Čo sa zmenilo po niekoľkých mesiacoch
Počas prvého mesiaca bola aktivita minimálna. Tempo bolo takmer nepostrehnuteľné: denne sa obnovovalo 0,001 až 0,01 % buniek. Toto oneskorenie pomáha vysvetliť, prečo pár teplých dní nestačí na vyvolanie uvoľňovania uhlíka. Na to je potrebný čas.
Ale v šiestom mesiaci sa všetko zmenilo. Mikrobiálne spoločenstvá stratili rozmanitosť, reorganizovali sa a začali vytvárať biofilmy, akési lepkavé vrstvy, ktoré im umožňujú zoskupovať sa a pracovať efektívnejšie. Toto správanie je veľmi podobné tomu, čo sa deje v moderných povrchových pôdach, hoci druhy nie sú rovnaké.
Tím pozoroval jasné známky mikrobiálneho oživenia: metabolickú aktivitu, bunkovú rekonštrukciu a viditeľné štruktúry, ktoré naznačujú, že život sa aj po tisícročiach môže obnoviť, ak to umožňuje prostredie.
Bolo tu ešte jedno dôležité pozorovanie: prvé unikajúce plyny nie sú vždy výsledkom mikrobiálnej aktivity. Niekedy sú to staré bubliny uväznené v ľade. Rozlíšenie týchto dvoch zdrojov je kľúčom k interpretácii akýchkoľvek terénnych meraní.
Dlhšie letá zvyšujú riziko
NOAA už mnoho rokov varuje, že teplé sezóny v Arktíde sa predlžujú. Nejde o ojedinelé vlny tepla: je to pomalý prechod, mesiac po mesiaci, v dôsledku ktorého hlboké zóny zostávajú v stave topenia počas dlhších období. A vďaka tomu majú mikroorganizmy dostatok času, aby sa dostali zo svojho stavu letargie.
Keď sa aktívna letná vrstva – meter alebo meter a pol pôdy, ktorá topí každý rok – stáva hlbšou, kyslík sa dostáva do zón, ktoré boli predtým izolované. Voda tiež preniká hlbšie. Tento kokteil spúšťa procesy, ktoré premieňajú zakopanú organickú hmotu na CO₂ a metán, pričom oba plyny majú obrovskú schopnosť zadržiavať teplo.
Ak sa otepľovanie nezastaví, systém môže vstúpiť do nebezpečnej spätnej väzby: viac topenia, viac prirodzených emisií, viac tepla, viac topenia. Vedci uznávajú, že tento proces naďalej zostáva jednou z veľkých neistôt globálnych klimatických modelov.
Výskumníci poznamenávajú, že jeden jediný horúci deň nič nemení. To, čo skutočne mení všetko, je skutočnosť, že mierne ročné obdobia začínajú skôr a končia neskôr. Práve tu staroveké mikroorganizmy nachádzajú svoju príležitosť.
Poučenie z rozmrazených mikróbov
Výskum bol vykonaný s použitím obmedzeného počtu vzoriek a na jednom mieste. Nie celá Arktída sa bude správať rovnako. Sibír, Grónsko alebo severná Kanada majú rôzne mikrobiálne spoločenstvá s vlastnými rytmami a jedinečnými adaptáciami.
Výsledky však poukazujú na kľúčový faktor: doba rozmrazovania. Ak pôda zostane dostatočne teplá niekoľko mesiacov po sebe, mikroorganizmy môžu dokončiť svoju počiatočnú fázu a prejsť do plnej aktivity počas jednej sezóny.
Terénne tímy musia kombinovať merania hĺbky rozmrazovania, tokov plynov a izotopových markerov, aby zlepšili prognózy. Zároveň inžinieri a správcovia potrebujú presnejšie mapy vrstiev bohatých na ľad, aby mohli prispôsobiť cesty, potrubia alebo budovy terénu, ktorý už nie je taký stabilný ako predtým.
Bude potrebné oddeľovať starobylý plyn od plynu produkovaného aktívnymi mikroorganizmami. Tento rozdiel umožní nasmerovať štátne investície a lepšie odhadnúť, ako sa môže klíma vyvíjať v krátkodobom a strednodobom horizonte.
Aký vplyv to môže mať na životné prostredie
Oživenie tisícročných mikroorganizmov zapadá do širšieho problému: postupné uvoľňovanie arktického uhlíka. Ak budú teploty naďalej stúpať, časť uhlíka, ktorý bol po tisícročia zadržiavaný, sa dostane do atmosféry vo forme CO₂ a metánu. Tento prechod nezávisí od priamych rozhodnutí človeka; je podmienený výlučne fyzikálnymi vlastnosťami ľadu a biologickými vlastnosťami pôdy.
Existuje riziko, že tieto prirodzené emisie ešte viac zhoršia globálne otepľovanie, čím sťažia dosiahnutie klimatických cieľov. Okrem toho topenie ľadu narúša miestne ekosystémy, vytláča faunu, mení mokrade a ovplyvňuje domorodé národy, ktoré sú závislé od stabilnej pôdy na lov, stavbu a pohyb.
