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    La hausse des températures de la toundra crée des changements inquiétants dans les communautés microbiennes

    Les chercheurs ont étudié l'impact du réchauffement sur les communautés microbiennes dans une zone de toundra près du parc national Denali en Alaska. Crédit :Professeur Ted Schuur, Université de l'Arizona du Nord

    La hausse des températures dans la toundra des latitudes septentrionales de la Terre pourrait affecter les communautés microbiennes d'une manière susceptible d'augmenter leur production de gaz à effet de serre, de méthane et de dioxyde de carbone, suggère une nouvelle étude sur le sol d'Alaska réchauffé expérimentalement.

    Environ la moitié du carbone souterrain total du monde est stocké dans les sols de ces régions glaciales, latitudes septentrionales. C'est plus du double de la quantité de carbone actuellement présente dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone, mais jusqu'à présent, la plus grande partie a été enfermée dans le sol très froid. La nouvelle étude, qui s'est appuyé sur la métagénomique pour analyser les changements dans les communautés microbiennes réchauffées expérimentalement, pourrait accroître les inquiétudes quant à la façon dont la libération de ce carbone pourrait exacerber le changement climatique.

    "Nous avons vu que les communautés microbiennes réagissent assez rapidement - en quatre ou cinq ans - à des niveaux de réchauffement même modestes, " a déclaré Kostas T. Konstantinidis, l'auteur correspondant de l'article et professeur à la School of Civil and Environmental Engineering et à la School of Biological Sciences du Georgia Institute of Technology.

    "Les espèces microbiennes et leurs gènes impliqués dans la libération de dioxyde de carbone et de méthane ont augmenté leur abondance en réponse au traitement de réchauffement. Nous avons été surpris de voir une telle réponse même à un réchauffement modéré."

    La nouvelle étude a été soutenue par le département américain de l'Énergie et la National Science Foundation, et rapporté le 8 juillet dans la première édition du journal Actes de l'Académie nationale des sciences . Des chercheurs de l'Université de l'Oklahoma, Michigan State University et Northern Arizona University ont collaboré avec Georgia Tech sur l'étude.

    L'étude fournit des informations quantitatives sur la rapidité avec laquelle les communautés microbiennes ont réagi au réchauffement à des profondeurs critiques, et met en évidence les métabolismes microbiens dominants et les groupes d'organismes qui réagissent au réchauffement de la toundra. Les travaux soulignent l'importance de représenter avec précision le rôle des microbes du sol dans les modèles climatiques.

    Des parcelles d'essai ont été utilisées par les chercheurs pour étudier les effets du réchauffement sur les communautés microbiennes dans le paysage intérieur de l'Alaska. Crédit :Professeur Ted Schuur, Université de l'Arizona du Nord

    Les recherches ont commencé en septembre 2008 dans un climat humide, zone de toundra acide à l'intérieur de l'Alaska, près du parc national Denali. Six blocs expérimentaux ont été créés, et dans chaque bloc, deux clôtures à neige ont été construites à environ cinq mètres l'une de l'autre en hiver pour contrôler la couverture neigeuse. Une couverture de neige plus épaisse en hiver a servi d'isolant, créant des températures légèrement élevées - environ 1,1 degrés Celsius (2 degrés Fahrenheit) dans les parcelles expérimentales.

    A part la différence de température, les conditions du sol étaient similaires dans les parcelles expérimentales et témoins. Des carottes de sol ont été prélevées dans les parcelles expérimentales et témoins à deux profondeurs différentes à deux moments différents :1,5 an après le début de l'expérience, et 4,5 ans après le début.

    L'ADN microbien a été extrait des carottes et séquencé à l'aide du Genomics Core de Georgia Tech.

    "Notre analyse des données résultantes a montré quelles espèces étaient présentes, dans quelles abondances, quelles espèces ont réagi au réchauffement et dans quelle mesure - et quelles fonctions elles possédaient en relation avec l'utilisation et la libération de carbone, " a déclaré Eric R. Johnston, maintenant chercheur postdoctoral au Oak Ridge National Laboratory, qui a mené l'analyse de l'étude en tant que doctorant de Georgia Tech. étudiant.

    Les carottes des parcelles expérimentales et témoins ont été comparées pour évaluer les effets du réchauffement. La respiration cumulative de l'écosystème a également été échantillonnée au cours du mois suivant le prélèvement des carottes.

    "La réponse que nous avons observée différait nettement entre les deux profondeurs de sol (15 à 25 centimètres et 45 à 55 centimètres) qui ont été échantillonnées pour cette étude, " dit Johnston. " Plus précisément, à la limite supérieure de la couche limite initiale du pergélisol—45 à 55 centimètres sous la surface—l'abondance relative des gènes impliqués dans la production de méthane (méthanogénèse) augmente avec le réchauffement, tandis que les gènes impliqués dans la respiration du carbone organique - la libération de dioxyde de carbone - sont devenus plus abondants à des profondeurs moins profondes. »

    La respiration cumulative des communautés microbiennes de la toundra a été échantillonnée au cours du mois suivant le prélèvement des carottes de sol. Crédit :Professeur Ted Schuur, Université de l'Arizona du Nord

    La mesure de la respiration de la communauté a montré des augmentations du taux de libération de dioxyde de carbone et de méthane dans les parcelles qui ont été réchauffées. "Des mesures similaires ont également montré que ces gaz sont libérés à un rythme plus élevé dans toute la région ces dernières années en raison du réchauffement climatique, " a ajouté Johnston.

    Les deux profondeurs du sol correspondent à une couche active près de la surface qui gèle pendant l'hiver mais dégèle pendant les mois les plus chauds, exposer le carbone. Les mesures plus profondes ont examiné le sol juste au-dessus du pergélisol qui ne dégèle que brièvement chaque année. Ces variations créent des différences fondamentales dans la biologie et la chimie aux deux profondeurs.

    "Nous nous attendions à observer des réponses de réchauffement différentes entre les deux profondeurs d'échantillonnage, " a déclaré Johnston. " Le dégel en cours du sol de pergélisol est observé à l'échelle mondiale, nous étions donc particulièrement intéressés par l'évaluation des réponses microbiologiques au dégel du pergélisol."

    La recherche met en évidence l'importance des communautés microbiennes dans la contribution du méthane atmosphérique et du dioxyde de carbone au changement climatique, dit Konstantinidis.

    "En raison de la très grande quantité de carbone dans ces systèmes, ainsi que la réponse rapide et claire au réchauffement trouvée dans cette expérience et d'autres études, il devient de plus en plus clair que les microbes du sol, en particulier ceux des latitudes septentrionales, et leurs activités doivent être représentés dans les modèles climatiques, ", a-t-il déclaré. "Notre travail fournit des marqueurs - espèces et gènes - qui peuvent être utilisés dans cette direction."


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