Microben uit de eeuwige sneeuw worden na duizenden jaren weer actief

Onderzoek naar Microben in Permafrost onthult Verbazingwekkende Resultaten

In een nieuwe studie heeft een team van geologen en biologen, geleid door de Universiteit van Colorado Boulder, oude microben doen herleven die duizenden jaren in het ijs waren gevangen—soms wel 40.000 jaar.

Deze studie benadrukt de waarde van permafrost, een bevroren mengsel van grond, ijs en rotsen dat bijna een kwart van het land op het noordelijk halfrond bedekt. Het fungeert als een ijzige begraafplaats waar dieren- en plantenresten, samen met talrijke bacteriën en andere micro-organismen, bevroren zijn in de tijd. Totdat nieuwsgierige wetenschappers proberen ze weer tot leven te wekken.

De onderzoekers ontdekten dat wanneer permafrost ontdooit, de microben enige tijd nodig hebben om actief te worden. Maar na enkele maanden, als na een lange slaap, beginnen ze zich te ontwikkelen tot bloeiende kolonies.

“Dit zijn beslist geen dode monsters,” zei Tristan Caro, hoofdauteur van de studie en voormalig afgestudeerde student in de geologische wetenschappen aan CU Boulder. “Ze zijn nog steeds in staat om robuust leven te herbergen dat organisch materiaal kan afbreken en dit als kooldioxide kan vrijgeven.”

De bevindingen werden in september gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. Deze onderzoeksresultaten hebben brede implicaties voor de gezondheid van de Arctische regio en de gehele planeet, voegde co-auteur Sebastian Kopf toe.

Vandaag de dag ontdooit de permafrost wereldwijd in een alarmerend tempo door door mensen veroorzaakte klimaatverandering. Wetenschappers maken zich zorgen dat deze trend een vicieuze cirkel kan inluiden. Terwijl permafrost ontdooit, zullen microben in de grond beginnen organisch materiaal af te breken, waardoor kooldioxide en methaan—beide krachtige broeikasgassen—de lucht in worden gestoten.

“Het is een van de grootste onbekenden in klimaatresponsen,” zei Kopf, professor in de geologische wetenschappen aan CU Boulder. “Hoe zal het ontdooien van al deze bevroren grond, waar we weten dat er enorme hoeveelheden koolstof zijn opgeslagen, de ecologie van deze regio’s en de snelheid van klimaatverandering beïnvloeden?”

Langdurige Slaap

Om deze onbekenden te verkennen, reisden de onderzoekers naar een unieke locatie, de Permafrost Tunnel van het U.S. Army Corps of Engineers. Deze onderzoeksfaciliteit strekt zich meer dan 350 voet de bevroren grond onder centraal Alaska in.

Toen Caro de tunnel binnenkwam, die even breed is als een mijnschacht, kon hij de botten van oude bizons en mammoeten uit de muren zien steken. “Het eerste wat je opvalt als je daar binnenloopt, is de vieze geur. Het ruikt als een muf kelder die veel te lang heeft stilgestaan,” zei Caro, nu postdoctoraal onderzoeker aan het California Institute of Technology. “Voor een microbioloog is dat erg spannend, omdat interessante geuren vaak microbieel zijn.”

In de huidige studie verzamelden de onderzoekers monsters van permafrost die enkele duizenden tot tienduizenden jaren oud waren van de muren van de tunnel. Ze voegden water toe aan de monsters en kweekten ze bij temperaturen van 39 en 54 graden Fahrenheit—koud voor mensen, maar bijna kokend voor de Arctische regio.

“We wilden simuleren wat er gebeurt in een Alaskaanse zomer, onder toekomstige klimaatvoorwaarden waarbij deze temperaturen dieper in de permafrost doordringen,” zei Caro. Met een twist: de onderzoekers gebruikten water dat bestond uit ongewoon zware waterstofatomen, ook wel deuterium genoemd. Dit stelde hen in staat om te volgen hoe hun microben het water opnamen en vervolgens de waterstof gebruikten om de membranen van vetachtige stoffen op te bouwen die alle levende cellen omringen.

Arctische Zomers

Wat ze zagen was verrassend. In de eerste paar maanden groeide deze kolonies langzaam, in sommige gevallen vervingen ze slechts één op de 100.000 cellen per dag. In het laboratorium kunnen de meeste bacteriële kolonies binnen enkele uren volledig omgezet worden.

Maar na zes maanden was dat allemaal veranderd. Sommige bacteriële kolonies produceerden zelfs plakkerige structuren die “biofilms” worden genoemd en met het blote oog zichtbaar zijn. Caro zei dat deze microben waarschijnlijk mensen niet konden infecteren, maar het team hield ze desondanks in afgesloten kamers.

Hij voegde toe dat de kolonies niet veel sneller leken te ontwaken bij hogere temperaturen. De resultaten kunnen lessen bevatten voor het ontdooien van permafrost in de echte wereld: na een warme periode kan het enkele maanden duren voordat microben actief genoeg worden om grote hoeveelheden broeikasgassen in de lucht uit te stoten.

Met andere woorden, hoe langer de Arctische zomers aanhouden, hoe groter de risico’s voor de planeet. “Je kunt een enkele warme dag hebben in de Alaskaanse zomer, maar wat veel meer telt, is de verlenging van het zomerseizoen, waardoor deze warme temperaturen doordringen in de herfst en de lente,” zei Caro. Hij voegde eraan toe dat er nog veel open vragen zijn over deze microben, zoals of oude organismen zich hetzelfde gedragen op verschillende locaties wereldwijd. “Er is zoveel permafrost in de wereld—in Alaska, Siberië en andere koude noordelijke gebieden,” zei Caro. “We hebben slechts een klein stukje daarvan bemonsterd.”