När bakterier anpassar sig till varmare temperaturer, de ökar sin andningshastighet och frigör mer kol, potentiellt accelererande klimatförändringar.

Genom att släppa ut mer kol när den globala temperaturen stiger, bakterier och relaterade organismer som kallas archaea kan öka klimatuppvärmningen i snabbare takt än vad nuvarande modeller föreslår. Den nya forskningen, publiceras idag i Naturkommunikation av forskare från Imperial College London, kan hjälpa till att informera mer exakta modeller av framtida klimatuppvärmning.

Bakterier och arkéer, gemensamt känd som prokaryoter, finns på alla kontinenter och utgör ungefär hälften av den globala biomassan – den totala vikten av alla organismer på jorden.

De flesta prokaryoter utför andning som använder energi och frigör koldioxid – precis som vi gör när vi andas ut. Mängden koldioxid som frigörs under en given tidsperiod beror på prokaryotens andningshastighet, som kan förändras som svar på temperaturen.

Dock, det exakta förhållandet mellan temperatur, andningshastighet och kolutsläpp har varit osäkra. Nu, genom att sammanföra en databas över andningshastighetsförändringar enligt temperatur från 482 prokaryoter, forskare har funnit att majoriteten kommer att öka sin koldioxidutsläpp som svar på högre temperaturer i högre grad än man tidigare trott.

"Double whammy"-effekt

Ledande forskare Dr. Samraat Pawar, från Institutionen för livsvetenskaper vid Imperial, sa:"På kort sikt, på en skala från dagar till timmar, enskilda prokaryoter kommer att öka sin ämnesomsättning och producera mer koldioxid. Dock, det finns fortfarande en maximal temperatur vid vilken deras ämnesomsättning blir ineffektiv.

"På längre sikt, över åren, dessa prokaryota samhällen kommer att utvecklas till att bli mer effektiva vid högre temperaturer, vilket gör det möjligt för dem att ytterligare öka sin ämnesomsättning och sin kolproduktion.

"Stigande temperaturer orsakar därför en "dubbel whammy"-effekt på många prokaryota samhällen, göra det möjligt för dem att fungera mer effektivt på både kort och lång sikt, och skapa ett ännu större bidrag till globalt kol och resulterande temperaturer."

Prokaryoter från alla miljöer

Forskarna sammanställde prokaryotsvar på temperaturförändringar från hela världen och under alla olika förhållanden - från salta antarktiska sjöar under 0°C till termiska pooler över 120°C.

De fann att prokaryoter som vanligtvis verkar i ett medeltemperaturområde - under 45 ° C - visar ett starkt svar på ändrad temperatur, öka deras andning på både kort sikt (dagar till veckor) och lång sikt (månader till år).

Prokaryoter som verkar i högre temperaturområden – över 45°C – visade inte ett sådant svar, men eftersom de fungerar vid så höga temperaturer till att börja med, de kommer sannolikt inte att påverkas av klimatförändringar.

De kortsiktiga svaren hos medeltemperaturprokaryoter på uppvärmning var större än de som rapporterades för eukaryoter - organismer med mer komplexa celler, inklusive alla växter, svampar och djur.

Avviker från det "globala genomsnittet"

Teamet byggde en matematisk modell som förutspådde hur dessa förändringar i andningshastigheten skulle påverka kolproduktionen från prokaryota samhällen. Detta avslöjade att kort- och långsiktiga förändringar av andningsfrekvensen skulle kombineras för att skapa en större än väntat ökning av koldioxidutsläpp, som för närvarande saknas i ekosystem- och klimatmodeller.

Huvudförfattare till den nya forskningen, Ph.D. student Thomas Smith från institutionen för livsvetenskaper, sa:"De flesta klimatmodeller antar att alla organismers andningshastigheter svarar på temperaturen på samma sätt, men vår studie visar att bakterier och arkéer sannolikt kommer att avvika från det "globala genomsnittet".

"Med tanke på att dessa mikroorganismer sannolikt kommer att vara betydande bidragsgivare till total andning och kolproduktion i många ekosystem, det är viktigt för klimatmodeller att ta hänsyn till deras högre känslighet för temperaturförändringar på både korta och långa tidsskalor.

"Viktigt för framtida klimatförutsägelser, vi skulle också vilja veta hur antalet prokaryoter, och deras överflöd inom lokala ekosystem, kan förändras med stigande temperaturer."