La lumière du soleil et les microbes interagissent pour dégrader le carbone organique dissous (COD) dans les eaux de surface, mais les scientifiques ne peuvent actuellement pas prédire le taux et l'étendue de cette dégradation dans des conditions sombres ou lumineuses. Une étude récente permet d'expliquer comment la lumière du soleil modifie la composition de la matière organique.

Les taux que les microbes peuvent traiter le COD sont probablement régis par une combinaison de l'abondance et de l'instabilité du COD exporté de la terre vers l'eau et produit par des processus photochimiques, et la capacité et l'échelle de temps que les communautés microbiennes doivent s'adapter pour métaboliser le COD qui a été exposé à la lumière du soleil. Ces nouvelles informations pourraient aider à développer des méthodes plus précises pour évaluer le climat passé.

Le traitement photochimique du COD fournit probablement environ un tiers du CO2 rejeté par les eaux de surface de l'Arctique, en minéralisant directement le COD en CO2 ou en modifiant indirectement la composition chimique du COD et, à son tour, taux de respiration microbienne. Maintenant, les scientifiques ne peuvent pas prédire le taux et l'étendue de cette dégradation dans des conditions d'obscurité ou de lumière. Une équipe de chercheurs de l'Université du Michigan, Institution océanographique de Woods Hole, Université d'État de l'Oregon, et EMSL, le Laboratoire de Sciences Moléculaires Environnementales, une installation utilisateur du DOE Office of Science, techniques de caractérisation avancées combinées pour caractériser la composition microbienne et DOC.

Les chercheurs ont caractérisé les résultats d'expériences photochimiques à court terme utilisant la spectrométrie de masse à résonance cyclotron ionique à transformation de Fourier à l'EMSL ainsi que des mesures de l'activité microbienne, composition de la communauté, et l'expression des gènes. Dans des conditions sombres, ils ont trouvé des microbes natifs du pergélisol profond, ou les sols de la couche organique superficielle, dégradé le COD qui était le plus abondant dans l'un ou l'autre sol.

Ils ont découvert que l'exposition au soleil produisait ou supprimait le COD abondant utilisé par les microbes, qui a induit des changements dans les étapes métaboliques clés prises par les communautés microbiennes indigènes pour s'adapter et dégrader le COD altéré par la lumière. La modification du COD du pergélisol par la lumière du soleil en composés utilisés par les microbes entraîne une multiplication par deux des taux de respiration, suggérant que lorsque le COD du pergélisol est exporté vers les eaux de surface ensoleillées, il peut être rapidement respiré en CO2. La dégradation photochimique et biologique couplée du COD du pergélisol peut être une composante de plus en plus importante du bilan du carbone de l'Arctique à mesure que les températures augmentent. Les nouvelles découvertes pourraient être utilisées pour développer des méthodes plus précises d'évaluation des processus climatiques.