In den kältesten Regionen der Erde werden Mikroben aktiver, da Gletscher, Permafrost und Meereis schmelzen. Dies beschleunigt die Kohlenstofffreisetzung und könnte den Klimawandel verstärken, wie eine internationale Überprüfung von der McGill-Universität zeigt.

Einfluss von Erwärmung auf mikrobielle Metabolismen

Die Forscher zogen Daten aus polaren und alpinen Umgebungen weltweit heran und entdeckten, dass die Erwärmung zu einem schnelleren mikrobiellem Metabolismus führt. Dies steigert den Abbau organischer Materie und die Freisetzung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre. Das Auftauen von Böden könnte zudem Schadstoffe wie Quecksilber freisetzen, deren Auswirkungen weit über die Polarregionen hinausgehen, da sich schädliche Substanzen durch Flüsse und Nahrungsnetze verbreiten.

„Mikrobielle Ökosysteme in kalten Klimazonen stehen vor raschen Veränderungen“, sagt Scott Sugden, Mitautor der Studie und Doktorand im Polar-Mikrobiologie-Labor unter der Leitung von Professor Lyle Whyte im Fachbereich Naturressourcensysteme. „Wir wissen, dass diese Veränderungen erhebliche Folgen nicht nur für den globalen Kohlenstoffkreislauf, sondern auch für menschliche Gemeinschaften, Nahrungs- und Einkommenssicherheit sowie für die Freisetzung von Toxinen haben werden. Dennoch verändern sich diese Ökosysteme schneller, als wir sie verstehen können.“

Warum das Schmelzen für Mikroben wichtig ist

Die Überprüfung synthetisierte Dutzende von Studien aus arktischen, antarktischen, alpinen und subarktischen Umgebungen, um zu bewerten, wie Temperatur und Nährstoffverfügbarkeit die mikrobielle Aktivität beeinflussen.

Die Forscher identifizierten zwei konsistente Muster: In gefrorenen Umgebungen werden mikrobielle Prozesse sowohl durch Nahrungsmangel als auch durch Temperatur eingeschränkt. Wenn Böden auftauen und Nährstoffe durch Abfluss leichter verfügbar werden, verringern sich diese Einschränkungen, was es Mikroben ermöglicht, aktiver zu werden, den Kohlenstoffkreislauf zu beschleunigen und gespeicherte Schadstoffe freizusetzen.

„Diese beiden allgemeinen Wahrheiten über Nahrung und Temperatur traten konsistent in Dutzenden von Studien und Ökosystemen zutage“, sagte Sugden.

Die Überprüfung weist außerdem auf Faktoren hin, die die Ergebnisse weiter beeinflussen können, einschließlich der Verfügbarkeit von Sauerstoff und ob aufgetaute Landschaften nasser oder trockener werden – Bedingungen, die das Verhalten mikrobielle Gemeinschaften erheblich verändern können.

Datenlücken beschränken Klimavorhersagen

Obwohl mikrobielle Prozesse zunehmend als bedeutender Treiber von Klimarückkopplungsschleifen erkannt werden, wiesen die Forscher darauf hin, dass die polare Mikrobiologie ein relativ junges Forschungsgebiet ist, mit nur etwa zwei Jahrzehnten an Basisdaten. Diese Datenlücken erschweren eine genaue Prognose der langfristigen Klimaauswirkungen.

„Im Gegensatz zu anderen Bereichen, in denen man über Jahrhunderte dokumentierte Arten betrachten kann, haben wir nicht diesen langen zeitlichen Horizont. Unsere ersten Daten stammen aus den frühen 2000er Jahren“, sagte Sugden.

Die Überprüfung identifizierte drei weitere Einschränkungen:

• Forschung konzentriert sich oft auf zugängliche Regionen mit etablierter Infrastruktur, wodurch große Teile der Arktis und Antarktis nicht ausreichend untersucht werden.
• Extreme Wetterbedingungen und begrenzte Tageslichtstunden schränken die Winterfeldarbeiten ein.
• Kurzfristige Finanzierungsbedingungen beschränken Studien häufig auf nur einige Jahre, wodurch langfristige Trends unklar bleiben.

Um die Klimaprojektionen zu verbessern, fordern die Autoren eine bessere Koordination der globalen Überwachungsbemühungen und eine größere Nutzung kostengünstiger, weit verbreiteter Datensammlungsmethoden.

„Wir können nicht Millionen von Dollar verlangen, um jeden Standort zu untersuchen. Aber wenn Sie ein polares Forschungsprojekt durchführen, könnten Sie ein Thermometer ins Feld mitnehmen. Diese kleinen, konsistenten Datenpunkte können einen großen Unterschied machen“, sagte Christina Davis, Mitautorin der Studie und Postdoktorandin für Astrobiologie und extraterrestrische Biosignaturen.

„Mehr Daten jeglicher Art sind gute Daten“, fügte Sugden hinzu.

Über die Studie

„Aktuelle und zukünftige Auswirkungen des Klimawandels auf mikrobielle Ökosysteme in der Kryosphäre“, verfasst von Scott Sugden, Christina L. Davis, Matthew W. Quinn und Lyle G. Whyte, wurde in Nature Reviews – Mikrobiologie veröffentlicht.

Die Studie wurde finanziert durch den Natural Sciences and Engineering Council of Canada, das Canada Research Chair Program und die Canadian Space Agency.