Varje droppe sötvatten innehåller tusentals olika organiska molekyler som tidigare har gått obemärkt förbi. Genom att mäta mångfalden av dessa molekyler och hur de interagerar med miljön runt dem, forskning har avslöjat en osynlig värld som påverkar sötvattens ekosystems funktion och kan bidra till utsläpp av växthusgaser.

Små grunda sjöar dominerar världens sötvattenområde, och sedimenten i dem producerar redan minst en fjärdedel av all koldioxid, och mer än två tredjedelar av all metan som släpps ut från sjöar i vår atmosfär. Den nya forskningen, publicerad i tidningen PNAS , tyder på att klimatförändringar kan få halterna av växthusgaser som släpps ut från sötvattens norra sjöar att öka med mellan 1,5 och 2,7 gånger.

"Det vi traditionellt kallat" kol "i sötvatten visar sig vara en supermångfaldig blandning av olika kolbaserade organiska molekyler, "sade Dr Andrew Tanentzap i Cambridge Department of Plant Sciences, som ledde forskningen. "Vi har mätt" kol "i sötvatten som en proxy för allt från vattenkvalitet till sötvattens ekosystems produktivitet. Nu har vi insett att det är mångfalden i denna osynliga värld av organiska molekyler som är viktig."

När klimatet värms upp, vegetationstäcket ökar i skogarna på de nordliga breddgraderna. Genom att simulera denna effekt i två sjöar i Ontario, Kanada, studien fann en ökad mångfald av organiska molekyler - molekyler som innehåller kol i deras struktur - som kommer in i vattnet i ämnet som skjuts av närliggande växter och träd.

Organiska molekyler är en näringskälla för mikrober i sjöns sediment, som bryter ner dem och släpper ut koldioxid och metan som biprodukter. Ökande nivåer av organiska molekyler kan därför öka mikrobiell aktivitet och producera fler växthusgaser.

Eftersom samma mikrober kan göra växthusgaser från många olika organiska molekyler, mångfalden av organiska molekyler visade sig vara närmare kopplade till halterna av växthusgaskoncentrationer än mikrobernas mångfald. Dessutom, en förhöjd mångfald av organiska molekyler kan höja koncentrationerna av växthusgaser i vatten eftersom det finns fler molekyler som kan brytas ner genom att solljus tränger in i vattnet.

För att genomföra forskningen, behållare fylldes med varierande förhållanden av stenar och organiskt material - bestående av lövträd och barrträd från närliggande skogar - och nedsänkta i de grunda vattnen i de två sjöarna. Analys av proverna två månader senare, använder teknikerna för ultrahög upplösning masspektrometri och nästa generations DNA -sekvensering, visade att mångfalden av organiska molekyler var korrelerad med mångfalden av mikrobiella samhällen i vattnet, och att mångfalden av båda ökade när mängden organiskt material ökade.

Noggrant förutsäga koldioxidutsläpp från naturliga system är avgörande för tillförlitligheten hos beräkningar som används för att förstå takten i klimatförändringar, och effekterna av en varmare värld.

"Klimatförändringar kommer att öka skogstäcket och förändra artens sammansättning, vilket resulterar i en större variation av löv och växtskräp som faller i vattenvägar. Vi fann att den resulterande ökningen av mångfalden av organiska molekyler i vattnet leder till högre koncentrationer av växthusgaser, "sa Tanentzap." Att förstå dessa kopplingar innebär att vi kan titta på sätt att minska koldioxidutsläppen i framtiden, till exempel genom att ändra markförvaltningssätt. "

Att förändra vegetationen kring sötvattenområden kan förändra de organiska molekylerna som hamnar i vattnet. Teamet utökar nu sin studie genom att ta prover från 150 sjöar i hela Europa, att förstå de bredare ekologiska konsekvenserna av organisk molekyls mångfald i naturliga sötvattensystem.