میکروب‌های باستانی آلاسکا پس از احیا شروع به تولید دی‌اکسید کربن کردند

پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد میکروب‌هایی که تا ۴۰ هزار سال در خاک منجمد باقی مانده‌اند، ممکن است در صورت طولانی‌تر شدن تابستان‌های قطب شمال «دوباره فعال شوند» و شروع به تولید گازهای گلخانه‌ای کنند.

مطالعات جدید نشان می‌دهد در شرایط آب‌و‌هوایی آینده، میکروب‌هایی که از زمان آخرین عصر یخبندان (میان ۲٫۶ میلیون تا ۱۱,۷۰۰ سال پیش) در حالت غیرفعال بوده‌اند، ممکن است در عرض فقط چند ماه دوباره فعال شوند. چنانچه این اتفاق حتی برای بخشی از سال رخ دهد، می‌تواند چرخه‌ای بازخوردی ایجاد کند که موجب تسریع ذوب خاک منجمد و افزایش گرمایش جهانی شود.

خاک منجمد ترکیبی از خاک، سنگ و یخ است که دست‌کم به مدت دو سال پیاپی منجمد باقی مانده است. دوره‌ای از گرمای شدید ممکن است لایه‌ی سطحی این خاک، موسوم به «لایه‌ی فعال» را ذوب کند، اما میکروب‌های باستانی در عمق‌های پایین‌تر پنهان هستند که تنها در صورت افزایش قابل‌توجه و طولانی‌مدت دما ذوب می‌شوند.

در پژوهش جدید، دانشمندان به آلاسکا سفر کردند. در این سرزمین، خاک منجمد حدود ۸۵ درصد از سطح زمین را دربر می‌گیرد. تریستان کارو، نویسنده اصلی و پژوهشگر زیست‌زمین‌شناسی در مؤسسه فناوری کالیفرنیا در بیانیه‌ای گفت: «ممکن است در تابستان آلاسکا تنها یک روز بسیار گرم داشته باشید، اما آنچه اهمیت بیشتری دارد، طولانی‌تر شدن فصل تابستان است، به‌گونه‌ای که این دماهای بالا تا فصل‌های پاییز و بهار نیز ادامه پیدا کنند.»

کارو و همکارانش نمونه‌هایی را از تونل پژوهشی خاک منجمد نزدیک فیر بنکس جمع‌آوری کردند. این تونل ۱۵ متر زیر زمین قرار دارد و بیش از ۱۰۷ متر در خاک منجمد امتداد یافته است و نگاهی به زندگی در دوره‌ی پلیستوسن پایانی (۱۲۹,۰۰۰ تا ۱۱,۷۰۰ سال پیش) ارائه می‌دهد. هدف آن‌ها تعیین نرخ بیداری و رشد میکروب‌هایی بود که در آن دوران زندگی می‌کردند. اما وقتی کارو وارد تونل شد، متوجه شد استخوان‌های ماموت‌ها و گاومیش‌ها از دیواره‌های یخ‌زده بیرون زده‌اند. کارو می‌گوید: «اولین چیزی که وقتی وارد آنجا می‌شوید به چشم می‌آید، بوی بسیار بد آن است. برای میکروب‌شناسان، این خبر خوبی است، چون بوهای عجیب و جالب معمولاً ناشی از فعالیت میکروب‌ها هستند.»

یک ماه پس از آغاز آزمایش، تیم پژوهشی تغییر زیادی مشاهده نکرد و فقط تعداد کمی از میکروب‌ها از خواب طولانی خود بیدار شدند و فقط بین ۰٫۰۰۱ درصد تا ۰٫۰۱ درصد سلول‌ها روزانه با سلول‌های جدید و فعال جایگزین می‌شدند.

با‌این‌حال، در ماه‌های بعد، همه چیز تغییر کرد. دوتریوم موجود در نمونه‌ها به پژوهشگران اجازه داد تا میزان مصرف آب توسط میکروب‌ها برای ساخت غشای چربی اطراف سلول‌هایشان را دنبال کنند. این بررسی نشان داد موجودات باستانی به‌طور ویژه اسیدهای چربی به نام گلیکولیپید تولید می‌کنند، که پژوهشگران معتقدند ممکن است در فرآیند حفظ در سرما نقش داشته باشد.

شش ماه پس از آغاز آزمایش، میکروب‌هایی که در دمای ۴ و ۱۲ درجه و ۴- درجه سانتی‌گراد نگهداری شده بودند، تغییرات چشمگیری در ساختار جامعه و سطح فعالیت خود نشان دادند. نمونه‌ها تنوع کمتری نسبت به لایه‌های فعال خاک منجمد داشتند، اما میکروب‌ها به اندازه همتایان مدرن خود فعال بودند و حتی ساختارهای لزجی به نام زیست‌لایه تولید کردند که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده بود. کارو گفت: «این نمونه‌ها به هیچ وجه مرده نیستند.»

نتایج پیامدهایی هم برای منطقه قطب شمال و هم برای اقلیم زمین دارند، زیرا میکروب‌های خاک منجمد از مواد آلی تغذیه می‌کنند و آن‌ها را به دی‌اکسید کربن و متان تبدیل می‌کنند. دمای جهانی در قطب شمال سریع‌تر از هر جای دیگری در جهان افزایش می‌یابد و خاک منجمد با سرعت نگران‌کننده و برای مدت زمان طولانی‌تری ذوب می‌شود. با طولانی‌تر شدن تابستان‌های قطب شمال و افزایش دما در لایه‌های عمیق‌تر، ممکن است کلونی‌های میکروب‌های باستانی بیدار شوند و شروع به انتشار کربن کنند.

سباستین کوپف، نویسنده همکار پژوهش و استاد گروه علوم زمین در دانشگاه کلرادو بولدر، در بیانیه‌ای گفت: «این یکی از بزرگ‌ترین مجهولات در واکنش‌های اقلیمی است. ذوب این همه خاک منجمد که می‌دانیم مقادیر زیادی کربن در آن ذخیره شده است، چگونه بر اکولوژی این مناطق و سرعت تغییرات اقلیمی تأثیر خواهد گذاشت؟»

پژوهشگران یادآور شدند که مطالعه آن‌ها تنها میکروب‌های باستانی یک منطقه را بررسی کرده است و میکروب‌های مناطق دیگر ممکن است واکنش متفاوتی به گرمایش نشان دهند. کارو گفت: «خاک منجمد در جهان بسیار گسترده است و در آلاسکا، سیبری و دیگر مناطق سرد شمالی وجود دارد. ما تاکنون فقط از بخش کوچکی از آن نمونه‌برداری کرده‌ایم.»

پژوهش در ژورنال Journal of Geophysical Research: Geosciences منتشر شده است.