Abstract
Polaire woestijnbodems herbergen diverse microbiële gemeenschappen, ondanks beperkte voedingsstoffen en frequente temperatuur- en lichtschommelingen. De meeste bacteriën hebben zich aangepast aan deze extreme omstandigheden en beschikken over waterstofase- en koolmonoxidedehydrogenase-enzymen met een hoge affiniteit. Hierdoor kunnen ze atmosferische sporengassen zoals waterstof (H₂) en koolmonoxide (CO) gebruiken om energie op te wekken en koolstof vast te leggen (aerotrofie). Ondanks het fundamentele belang van dit proces in polaire woestijnecosystemen, is er weinig bekend over de thermische gevoeligheid van de oxidatie van sporengassen of hoe dit proces zal reageren op klimaatverandering. Hier laten we door middel van in situ en ex situ incubaties zien dat H₂-verbruik een uitzonderlijk thermisch veerkrachtig proces is dat kan plaatsvinden van -20 tot 75 °C, met snelheden die vergelijkbaar zijn met die in gematigde ecosystemen (met een piek van 8,56 nmol H₂ h⁻¹ g droge bodem⁻¹ bij 25 °C). De temperatuurbereiken voor de oxidatie van CO (−20 tot 42 °C) en methaan (CH4; −20 tot 30 °C) zijn ook breder dan verwacht, hoewel de patronen van thermische gevoeligheid overeenkomen met de algemene theorie. Metagenomische analyses, waaronder de generatie van 554 metagenoom-geassembleerde genomen van gemiddelde tot hoge kwaliteit, ondersteunen deze gegevens. Ze laten zien dat aerotrofen wijdverspreid, divers en talrijk zijn en suggereren dat de meeste Antarctische bacteriën functioneren onder hun optimale temperatuur voor deze processen. Modellering van seizoensgebonden temperaturen in ijsvrij Antarctica onder huidige en toekomstige emissiescenario's geeft aan dat H2- en CO-oxidatie het hele jaar door kan plaatsvinden, met een toename van respectievelijk tot 35% of 44% tegen 2100. Onze resultaten wijzen op een constitutieve aerotrofische activiteit die bijdraagt aan het functioneren van het Antarctische ecosysteem en de biodiversiteit op ruimtelijke en temporele schaal. Verder onderzoek is nodig om te begrijpen hoe deze activiteit interacteert met fotosynthese in een veranderend klimaat.
Website: Oxford University
