Solljus och mikrober samverkar för att bryta ned löst organiskt kol (DOC) i ytvatten, men forskare kan för närvarande inte förutsäga hastigheten och omfattningen av denna nedbrytning i varken mörka eller ljusa förhållanden. En nyligen genomförd studie hjälper till att förklara hur solljus förändrar sammansättningen av organiskt material.

Hur mycket mikrober kan bearbeta DOC styrs sannolikt av en kombination av överflöd och instabilitet av DOC som exporteras från land till vatten och produceras av fotokemiska processer, och den kapacitet och tidsskala som mikrobiella samhällen måste anpassa sig för att metabolisera DOC som har exponerats för solljus. Denna nya information kan hjälpa till att utveckla mer exakta metoder för att bedöma tidigare klimat.

Fotokemisk bearbetning av DOC levererar troligen ungefär en tredjedel av den CO2 som släpps ut från ytvatten i Arktis, genom att antingen direkt mineralisera DOC till CO2 eller indirekt ändra DOC:s kemiska sammansättning och, i tur och ordning, mikrobiell andning. För närvarande, forskare kan inte förutsäga hastigheten och omfattningen av denna nedbrytning i varken mörka eller ljusa förhållanden. Ett team av forskare från University of Michigan, Woods Hole Oceanographic Institution, Oregon State University, och EMSL, the Environmental Molecular Science Laboratory, en DOE Office of Science-användaranläggning, kombinerade avancerade karakteriseringstekniker för att karakterisera mikrobiell och DOC-sammansättning.

Forskarna karakteriserade resultatet av kortsiktiga fotokemiska experiment med Fourier-Transform Ion Cyclotron Resonance masspektrometri vid EMSL tillsammans med mått på mikrobiell aktivitet, samhällssammansättning, och genuttryck. Under mörka förhållanden, de hittade mikrober hemma i djup permafrost, eller jord med organiskt skikt, försämrade den DOC som var mest förekommande i båda jordarna.

De fann att exponering för solljus antingen producerade eller avlägsnade den rikliga DOC som används av mikrober, vilket inducerade förändringar i viktiga metaboliska steg som de inhemska mikrobiella samhällena tog för att anpassa sig till och försämra den ljusförändrade DOC. Förändring av permafrost DOC av solljus till föreningar som används av mikrober resulterar i en tvåfaldig ökning av andningshastigheten, vilket tyder på att när permafrost DOC exporteras till solbelyst ytvatten kan den snabbt respireras till CO2. Den kopplade fotokemiska och biologiska nedbrytningen av permafrost DOC kan bli en allt viktigare del av den arktiska kolbudgeten när temperaturen ökar. De nya rönen skulle kunna användas för att utveckla mer exakta metoder för att bedöma klimatprocesser.