تغییرات آب و هوایی پوسته زنده زمین را تهدید می کند

محققان گزارش می دهند که روش جدیدی که آنها برای ارزیابی فعالیت میکروبی در خاک مرطوب پیدا کرده اند، منجر به درک بهتر آسیب پذیری خاک در برابر تغییرات آب و هوایی می شود.

به گزارش تکناک، تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه ایالتی پن با استفاده از یک روش جدید برای تشخیص فعالیت میکروبی در پوسته‌های بیولوژیکی خاک، یا بیوکراست‌ها، پس از مرطوب شدن به نتایجی دست یافتند که نقش حیاتی میکروب‌ها در شکل‌گیری یک پوسته زنده بر روی بسیاری از اکوسیستم‌های نیمه خشک در سراسر جهان را نشان می‌دهد.

این موجودات ریز و میکروبیوم‌هایی که آنها ایجاد می‌کنند توسط تغییرات آب و هوایی تهدید می‌شوند.

استل کورادو، استادیار دانشگاه ایالت پن و یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: پوسته‌های زیستی در حال حاضر تقریباً 12 درصد از سطح زمین را پوشش می‌دهند و ما انتظار داریم که طی 65 سال آینده به دلیل تغییرات اقلیمی و تشدید استفاده از زمین، میزان آنها حدود 25 درصد تا 40 درصد کاهش یابد.

ما امیدواریم که روش ما بتواند راه را برای درک عملکردهای میکروبی حمایت کننده از انعطاف پذیری پوسته زیستی در برابر الگوهای آب و هوایی به سرعت در حال تغییر و خشکسالی های مکرر، هموار کند.

پوسته های زیستی خاک مجموعه ای از ارگانیسم ها هستند که یک لایه سطحی چند ساله و منظم را در خاک تشکیل می دهند. آنها گسترده هستند و در همه قاره ها وجود دارند. در واقع آنها هر جا که کمبود آب، رشد گیاهان معمولی را محدود می کند و به نور اجازه می دهد تا به خاک برهنه برسد، وجود دارند. اما درحال حاضر هنوز آب کافی برای حمایت از رشد میکروارگانیسم‌هایی که خدمات ارزشمند اکوسیستمی مانند گرفتن کربن و نیتروژن از هوا و تثبیت آنها در خاک، بازیافت مواد مغذی و نگه داشتن ذرات خاک را در کنار هم انجام می‌دهند که به جلوگیری از گرد و غبار کمک می‌کند، وجود دارد.

کورادو گفت: بیشتر گرد و غبار در زمین‌های خشک تولید می‌شود و مطالعات نشان می‌دهد که وجود پوسته‌های زیستی در زمین‌های خشک، میزان گرد و غباری را که در غیر این صورت راه خود را به جو باز می‌کند، به شدت کاهش می‌دهد. ما فکر می کنیم از دست دادن پوسته های زیستی باعث افزایش 5 تا 15 درصدی در انتشار و رسوب گرد و غبار جهانی می شود که این مسئله بر آب و هوا، محیط زیست و سلامت انسان تأثیر می گذارد.

دکتر رایان ترکسلر که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت توضیح داد که در مناطق نیمه خشک که پوسته‌های زیستی وجود دارند، موجوداتی مانند خزه‌های کوچک، گلسنگ‌ها، جلبک‌های سبز، سیانوباکتری‌ها، سایر باکتری‌ها و قارچ‌ها، ممکن است در سال فقط چند بار باران یا برف را تجربه کنند.

او گفت: زمانی که خاک خشک است، در بیشتر موارد میکروب‌های موجود در خاک خفته هستند و کار زیادی انجام نمی‌دهند. اما به محض اینکه آب را احساس کنند، خیلی سریع و در عرض چند ثانیه تا چند دقیقه احیا می شوند. آنها به طور فعال در حال ساخت کلروفیل و تثبیت کربن و نیتروژن هستند تا زمانی که خاک دوباره خشک شود و سپس میکروب ها دوباره خاموش می شوند. هر بار که باران می‌بارد، این میکروب ها چنین چرخه‌های فعالیتی را پشت سر می‌گذارند.

برای مطالعه پوسته‌های زیستی، محققان از سه قطعه از پوسته‌های زیستی دست نخورده و تحت سلطه سیانوباکتری‌ها که در فلات کلرادو در نزدیکی موآب در یوتا قرار دارند، نمونه‌برداری کردند. نمونه‌های پوسته زیستی در پاییز پس از باران که خاک را به اندازه کافی خیس کرد تا میکروب‌ها را فعال کند، برداشته شد. نمونه‌ها متعاقباً خشک و در تاریکی نگهداری شدند و بعداً در تحقیقات خیس شدند.

ترکسلر می‌گوید: ما از چیزی که به آن «کویر سرد» می‌گوییم، نمونه‌برداری کردیم، زیرا بسیار خشک است اما در زمستان گاهی اوقات برف می‌بارد. بنابراین به اندازه بسیاری از مناطق خشک دیگر گرم نیست، اما هنوز گیاهان نمی توانند در آنجا رشد کنند زیرا آب کافی وجود ندارد. بنابراین تنها جامعه‌ای که در خاک‌های این منطقه پیدا می‌کنیم، میکروب ها هستند.

برای تعیین اینکه کدام میکروارگانیسم‌ها در جوامع خاکی فعال هستند، محققان برچسب‌های آمینو اسید غیر متعارف متعامد معروف به BONCAT – را با مرتب‌سازی سلولی فعال شده با فلورسانس همراه کردند. BONCAT ابزاری قدرتمند برای بررسی سنتز پروتئین در سطح سلول‌های منفرد در جوامع و موجودات کامل است، در حالی که مرتب‌سازی سلولی فعال‌شده با فلورسانس، سلول‌ها را بر اساس اینکه آیا پروتئین‌های جدیدی تولید می‌کنند یا خیر، مرتب می‌کند.

محققان این فرآیندها را با توالی متاژنومیک تفنگ ساچمه ای ترکیب کردند که به آنها امکان نمونه برداری جامع از تمام ژن ها در همه موجودات موجود در نمونه های پوسته زیستی را می داد. آنها این روش را برای نشان دادن تنوع و قابلیت‌های عملکردی موثر میکروارگانیسم‌های فعال و غیرفعال در یک جامعه پوسته زیستی پس از احیا شدن توسط یک رویداد باران شبیه‌سازی شده به کار بردند. محققان با این کار متوجه شدند که روش جدید آنها می تواند میکروارگانیسم های فعال و غیر فعال را در پوسته های زیستی خیس شده، تشخیص دهد.