Microbii din permafrostul arctic reprezintă una dintre cele mai misterioase și mai puțin înțelese componente ale ecosistemelor polare, însă noile cercetări arată că aceștia sunt departe de a fi organisme inactive, captive în solul înghețat.
În adâncul Arcticii, unde temperaturile scăzute au conservat materia organică timp de mii de ani, miliarde de microorganisme își schimbă constant fragmente de ADN, rescriindu-și practic propriul patrimoniu genetic. Descoperirea, realizată în urma unui studiu de lungă durată în turbăriile din nordul Suediei, sugerează că lumea microbiană a permafrostului este mult mai dinamică și mai adaptabilă decât au crezut până acum oamenii de știință, cu posibile consecințe asupra ciclului global al carbonului și asupra evoluției schimbărilor climatice.
Fenomenul are implicații care depășesc cu mult domeniul microbiologiei. Microbii din permafrost joacă un rol esențial în ciclul global al carbonului, influențând dacă uriașele rezerve de materie organică înghețată vor rămâne stocate în sol sau vor fi transformate în gaze cu efect de seră, precum dioxidul de carbon și metanul. Într-o lume care se încălzește rapid, înțelegerea modului în care aceste organisme se adaptează devine esențială pentru predicțiile climatice ale viitorului.
O piață genetică ascunsă în gheață
Timp de opt ani, cercetătorii au analizat probe de sol colectate din zona Stordalen Mire, un ecosistem de turbă aflat în apropierea Cercului Polar de Nord. Rezultatele au dezvăluit existența a aproximativ 2,1 milioane de elemente genetice mobile – mici secvențe de ADN capabile să se deplaseze între organisme și să transporte gene de la o celulă la alta.
Acest proces poartă numele de transfer genetic orizontal și reprezintă una dintre cele mai importante căi prin care microorganismele dobândesc rapid noi capacități biologice. Spre deosebire de organismele complexe, care transmit informația genetică doar de la părinți la urmași, bacteriile și alte microorganisme pot „împrumuta” gene de la vecinii lor, uneori chiar de la specii complet diferite.
Schimburile genetice sunt atât de frecvente încât cercetătorii estimează că până la jumătate dintre microbii din aceste ecosisteme arctice sunt influențați de ADN-ul mobil. Practic, permafrostul arctic se comportă ca o imensă piață genetică în care informația biologică circulă neîncetat, permițând microorganismelor să se adapteze la condiții de mediu în continuă schimbare.
Un climat în schimbare accelerează evoluția microbiană
Arctica se încălzește de aproximativ patru ori mai repede decât media globală. Drept consecință, stratul de permafrost se dezgheață progresiv, iar perioada anuală de dezgheț devine tot mai lungă. Acest proces expune cantități uriașe de materie organică, care au rămas înghețate mii sau chiar zeci de mii de ani.
Pentru microorganisme, această schimbare reprezintă o oportunitate evolutivă. În noile condiții de temperatură și umiditate, microbii trebuie să se adapteze rapid pentru a exploata resursele disponibile. Transferul genetic orizontal le oferă tocmai această flexibilitate, permițându-le să dobândească gene implicate în metabolismul carbonului, procesarea nutrienților sau toleranța la diferite condiții de mediu.
Mai mult, studiile recente arată că după dezgheț, structura comunităților microbiene se modifică profund. Unele grupuri bacteriene devin dominante, în timp ce altele rămân inactive luni întregi. Aceste schimbări influențează direct viteza cu care materia organică este descompusă și, implicit, cantitatea de gaze cu efect de seră eliberată în atmosferă.
O amenințare climatică ascunsă
Permafrostul arctic reprezintă unul dintre cele mai mari depozite de carbon de pe Pământ, conținând aproximativ o treime din carbonul stocat în toate solurile planetei. Atât timp cât acest carbon rămâne înghețat, el este izolat de atmosferă. Însă odată cu dezghețul, microorganismele încep să consume materia organică și să elibereze dioxid de carbon și metan, două dintre cele mai importante gaze cu efect de seră.
Acest proces poate declanșa un mecanism de retroacțiune pozitivă: temperaturile mai ridicate accelerează dezghețul permafrostului, ceea ce permite activitatea unui număr mai mare de microorganisme, care, la rândul lor, eliberează mai multe gaze cu efect de seră și contribuie la o încălzire suplimentară.
În plus, cercetătorii avertizează că permafrostul poate reprezenta și un rezervor de microorganisme și gene necunoscute, inclusiv gene de rezistență la antibiotice sau agenți patogeni capabili să influențeze ecosistemele moderne. Deși riscul unei pandemii provocate de „microbi antici” este considerat redus, consecințele ecologice ale eliberării unor astfel de materiale genetice rămân insuficient înțelese.
Rescrierea modelelor climatice
Descoperirea schimburilor intense de ADN dintre microbii arctici schimbă perspectiva asupra modului în care funcționează ecosistemele de permafrost. Timp de decenii, modelele climatice au tratat comunitățile microbiene ca pe sisteme relativ stabile, ale căror caracteristici se modifică lent. Noile rezultate sugerează însă că microorganismele pot evolua și se pot adapta într-un ritm surprinzător de rapid, ceea ce poate modifica fundamental predicțiile privind eliberarea viitoare de carbon din regiunile polare.
În cele din urmă, studiul ne amintește că cele mai importante procese ale planetei au loc adesea la scări invizibile. În întunericul rece al permafrostului arctic, miliarde de microorganisme își modifică genele, experimentează noi combinații genetice și influențează, fără să știe, echilibrul climatic al întregii planete. Soarta unei lumi în încălzire poate depinde, într-o măsură mai mare decât am fi crezut, de activitatea acestor arhitecți microscopici ai ciclului carbonului.
Sursa: Earth.org