Nova znanstvena studija otkriva zabrinjavajuću mogućnost: mikroorganizmi koji su zamrznuti u arktičkom permafrostu i do 40.000 godina mogli bi se “probuditi” ako se ljeta na Arktiku dodatno produlje. Jednom kada ponovno postanu aktivni, ti bi mikrobi mogli početi proizvoditi ugljikov dioksid i metan, stakleničke plinove koji bi dodatno ubrzali globalno zatopljenje.

Istraživanje je objavljeno 23. rujna u časopisu Journal of Geophysical Research: Geosciences, a provodili su ga znanstvenici s Kalifornijskog instituta za tehnologiju (Caltech) i Sveučilišta u Coloradu u Boulderu.

Prema njihovim podacima, mikrobi koji su mirovali još od posljednjeg ledenog doba, prije između 2,6 milijuna i 11.700 godina, mogli bi se ponovno aktivirati u roku od samo nekoliko mjeseci ako se arktička klima nastavi zagrijavati sadašnjim tempom.

Kako se mikrobi “bude” iz leda

Permafrost – sloj tla, stijena i leda koji je neprekidno zamrznut najmanje dvije godine – pokriva oko 85% površine Aljaske. Iako se površinski sloj povremeno otapa tijekom toplih razdoblja, drevni mikrobi nalaze se mnogo dublje, u slojevima koji se otapaju samo ako temperature ostanu visoke duže vrijeme.

„Možda imate samo jedan vruć dan tijekom ljeta na Aljasci, ali ono što je puno važnije jest produljenje ljetne sezone, kada se toplina proteže i na jesen i proljeće“, izjavio je dr. Tristan Caro, postdoktorski istraživač geobiologije na Caltechu i glavni autor studije.

Caro i njegov tim uzeli su uzorke iz istraživačkog tunela Permafrost Research Tunnel u blizini grada Fairbanksa, koji se proteže 15 metara ispod zemlje i više od 107 metara u dubinu permafrosta. Tunel nudi jedinstven pogled na život iz kasnog pleistocena, razdoblja koje je trajalo od 129.000 do 11.700 godina prije danas.

Tijekom rada u tunelu Caro je primijetio i fosilizirane kosti mamuta i bizona koje su virile iz ledenih zidova. „Prvo što osjetite kad uđete unutra je neugodan miris“, rekao je Caro. „Ali mikrobiolozima su takvi mirisi uzbudljivi jer obično znače da je u pitanju mikrobna aktivnost.“

Što se događa kada se mikrobi otope

U laboratoriju su znanstvenici uzorke natopili vodom obogaćenom deuterijem – oblikom vodika s težim atomima – kako bi mogli pratiti aktivnost mikroba. Uzorci su zatim inkubirani na temperaturama od -4 °C, 4 °C i 12 °C, što simulira proljetne i ljetne uvjete na Arktiku u budućnosti.

Nakon mjesec dana rezultati su pokazivali tek minimalnu aktivnost – samo 0,001% do 0,01% mikrobnih stanica obnavljalo se svakodnevno. No, tijekom sljedećih nekoliko mjeseci situacija se potpuno promijenila.

Zahvaljujući deuteriju, znanstvenici su mogli pratiti koliko vode mikrobi troše prilikom izgradnje masnih membrana svojih stanica. Otkrili su da proizvode posebne masne kiseline (glikolipide), koje bi mogle biti povezane s procesima krioprezervacije – preživljavanjem u ekstremno hladnim uvjetima.

Nakon šest mjeseci eksperimenta, mikrobi izloženi temperaturama od 4 °C i 12 °C pokazali su dramatične promjene u strukturi i aktivnosti. Premda su bili manje raznoliki od suvremenih mikroorganizama, bili su podjednako aktivni – pa čak su stvorili vidljive biofilmove, tanke slojeve sluzi koje se mogu vidjeti golim okom.

„Ovo sigurno nisu mrtvi uzorci“, naglasio je Caro.

Posljedice za klimu: začarani krug topljenja i zagrijavanja

Znanstvenici upozoravaju da bi ponovno buđenje drevnih mikroba moglo imati ogromne posljedice za globalnu klimu. Ti organizmi se hrane organskom tvari i tijekom metabolizma proizvode ugljikov dioksid i metan – dva najvažnija staklenička plina.

Kako se Arktik zagrijava dvostruko brže od ostatka planeta, topljenje permafrosta postaje sve dublje i dugotrajnije, otvarajući put masovnom oslobađanju ugljika. Trenutačno permafrost sjeverne hemisfere pohranjuje dvostruko više ugljika nego što ga ima u cijeloj Zemljinoj atmosferi.

Ako mikrobi u tim slojevima ponovno postanu aktivni, mogli bi pokrenuti opasnu povratnu petlju: otapanje oslobađa mikroorganizme, oni oslobađaju plinove koji dodatno zagrijavaju Zemlju, što uzrokuje još više otapanja.

„To je jedan od najvećih nepoznanica u razumijevanju klimatskih promjena“, upozorio je prof. Sebastian Kopf, suautor studije i izvanredni profesor geoloških znanosti na Sveučilištu Colorado Boulder. „Pitanje je kako će otapanje goleme količine zaleđenog tla, u kojem znamo da je pohranjeno ogromno bogatstvo ugljika, utjecati na ekologiju tih područja i brzinu globalnog zatopljenja.“

Još mnogo toga ostaje nepoznato

Istraživači ipak napominju da su analizirali mikrobe s jednog lokaliteta, pa bi mikrobi iz drugih područja mogli reagirati drugačije na porast temperatura.

„Postoji toliko permafrosta diljem svijeta – u Aljasci, Sibiru i drugim hladnim sjevernim regijama“, rekao je Caro. „Mi smo proučili tek jedan mali dio te golema sustava.“

Unatoč tome, rezultati studije jasno pokazuju da topljenje permafrosta nije samo geološki proces, već i biološka prijetnja, koja bi mogla promijeniti tijek klimatskih promjena na planetu.