Främmande mikrober sätter fart på koldioxidutsläpp från permafrostjord

Beräkningar av hur mycket växthusgaser som frigörs när permafrostjord tinar bygger på studier på de ursprungliga mikroberna i permafrosten. Detta kan dock ha lett till stora underskattningar. En ny studie visar nämligen att jordmikrober utifrån kan orsaka betydligt större utsläpp av växthusgaser om de koloniserar permafrosten. Bakom studien står forskare från SLU, Umeå universitet och INRAE.

Det internationella forskarlaget har letts av Sylvain Monteux från Sveriges lantbruksuniversitet, SLU, och Umeå universitet samt Frida Keuper från the French National Research Institute for Agriculture, Food, and Environment, INRAE. Deras arbete har publicerats i Nature Geoscience.

– Efter att ha tillsatt främmande mikrober i permafrostjord såg vi att nitratproduktion satte igång och att koldioxidutsläppen ökade med nära 40 procent. Det var en överraskning som vi inte hade räknat med!, säger Sylvain Monteux, postdoktor på Institutionen för mark och miljö vid SLU och tidigare doktorand vid Umeå universitet.

Kolutsläpp från tinande permafrost utgör ett hot mot återstående koldioxidbudgetar för att hålla den globala uppvärmningen under 2 grader Celsius. En betydelsefull osäkerhet i globala klimatprognoser är jordmikrobers respons på tinande permafrost.

– Man tänker ofta att i mikrobernas värld finns "allt överallt" när det gäller funktioner, men för mikrobiella samhällen i permafrostjord är det uppenbarligen inte fallet, säger Frida Keuper, forskare på the French National Research Institute for Agriculture, Food, and Environment, INRAE, och tidigare postdoktor vid Umeå universitet.

På grund av de kalla förhållandena på höga breddgrader har vissa delar av marken varit frusna permanent i tusentals år och för mikrober är permafrostjord en fientlig miljö. Fastän att mikrobiella samhällen upplever det som stressande, kan de vara nedfrusna mycket länge och på något sätt ändå överleva. På populationsnivå verkar den här typen av frysta markförhållanden orsaka ett starkt naturligt urval.

Permafrostjord har, likt en frys, bevarat växt- och jordmaterial från nedbrytning och lagrar därför nu lika mycket kol som finns i alla växter på jorden och i atmosfären tillsammans. Klimatuppvärmningen får permafrostjordar att tina, vilket gör det möjligt för mikrober att bryta ner kolet. På så sätt släpper jordarna ut koldioxid, metan och lustgas – tre växthusgaser som ytterligare förstärker den globala uppvärmningen.

Denna mekanism kallas permafrost-kol-klimatåterkoppling och har uppskattats kunna orsaka utsläpp av cirka 100 miljarder ton kol fram till år 2100.

En stor del av de data som används för att uppskatta utsläppen av permafrostkol utgår från laboratoriemätningar av växthusgasutsläpp från markmikrobiell andning. Den potentiella kolfrisättningen från permafrost härleds typiskt genom att avskilt inkubera permafrostjord som hållits åtskild från det övre jordskikt som tinar säsongsmässigt.

I naturen kan dock mikrober migrera från det övre jordskiktet till den nyligen tinade permafrosten. Därför undersökte forskarna om en tillsats av olika mikrober från ytjorden påverkade permafrostjordens funktion i inkubationerna.

Vad de kunde se var att tillsats av främmande mikrober gjorde det möjligt för det mikrobiella samhället att förvandla ammonium till nitrat, vilket de ursprungliga permafrostmikroberna ensamma inte kunde utföra. Dessutom ökade dessa främmande mikrober populationens koldioxidutsläpp med nästan 40 procent, vilket tyder på att nuvarande uppskattningar av framtida koldioxidförluster från permafrostjord – som baseras på jord med endast ursprungliga mikrober – kan underskatta klimatåterkopplingen av permafrostkol.

– Åtgärder för att minska klimatuppvärmningen kräver kvantifiering av återkopplingar från naturliga klimatförändringar. Vi måste veta vad vårt mål är om vi ska sträva efter att nå det. Att förstå mekanismerna bakom jordmikrobers respons på permafrostupptining är ett viktigt steg mot denna kvantifiering, säger Sylvain Monteux.

Om den vetenskapliga artikeln:

Sylvain Monteux, Frida Keuper, Sébastien Fontaine, Konstantin Gavazov, Sara Hallin, Jaanis Juhanson, Eveline J. Krab, Sandrine Revaillot, Erik Verbruggen, Josefine Walz, James T. Weedon, Ellen Dorrepaal: Carbon and nitrogen cycling in Yedoma permafrost controlled by microbial functional limitations. Nature Geoscience (2020). DOI: 10.1038/s41561-020-00662-4.

https://www.nature.com/articles/s41561-020-00662-4

För journalister:

Information om Climate Impacts Research Centre, CIRC

Pressbilder

Bildtexter:

Tinande permafrost i Abisko förändrar landskapet. Foto: Sylvain Monteux

Yedoma permafrost i naturreservatet Kytalyk i Sibirien. Yedoma är en typ av permafrost som täcker en total yta på över 1 miljon km2 av norra Sibirien och centrala Alaska. Foto: Frida Keuper

Sylvain Monteux mäter djupet av upptinad jord före permafrosten (med en permafrostprob) Foto: Tomas Utsi

För mer information, kontakta gärna:

Sylvain Monteux
Institutionen för mark och miljö vid SLU i Uppsala, Institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap vid Umeå universitet
Telefon: 076-849 82 48
E-post: sylvain.monteux@slu.se

Frida Keuper
BioEcoAgro Joint Research Unit, INRAE, France, Institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap vid Umeå universitet
Telefon: +33 6 52 18 89 19
E-post: frida.keuper@inrae.fr