Mikrobiella samhällen i arktisk permafrost förändrades drastiskt i slutet av den senaste istiden – och förändringen kan hända igen på grund av moderna klimatförändringar, enligt en ny studie från University of Alberta-forskare.

Forskarna jämförde de mikrobiella samhällen som hittades i permafrost som bildades under den senaste istiden, i slutet av den geologiska epok som kallas Pleistocen, med dem i början av den moderna eran, känd som holocen.

"Vi fann att både de mikrobiella samhällena och de kemiska parametrarna är stabila inom varje era tills de passerar en tröskel, drivs av klimatförändringen, " förklarade studiens medförfattare Brian Lanoil, en docent vid naturvetenskapliga fakulteten.

"Efter den tröskeln, det sker en abrupt övergång till en ny mikrobiell gemenskap och ny markkemi. Vi hävdar att moderna klimatförändringar kan leda till en liknande övergång i tillståndet för jordar i arktiska ekosystem, med okända konsekvenser."

Forskarna antar att denna förändring i marken kan skapa en ny markprofil som är ogynnsam för befintliga mikrobiella samhällen, med utbredda effekter.

"Eftersom jordar är där växter växer och där nästan allt liv på jorden lever, detta kan få stora effekter på hela det arktiska ekosystemet, " förklarade Lanoil. "Vårt arbete visar att detta hände tidigare, och det är möjligt att detta kan hända igen som ett resultat av nuvarande klimatförändringar."

Markmikrober är viktiga för många ekosystemfunktioner, och drastiska förändringar i mikrobsamhället kan leda till många förändringar i hur dessa jordar fungerar. Till exempel, mikrober i den nuvarande miljön är ansvariga för att bearbeta kol och kväve, och en förändring av dessa system kan ha potential att påverka kol- och kvävekretsloppen i arktiska ekosystem.

Men Lanoil noterade att ytterligare forskning behövs för att bättre förstå funktionen hos nya mikrobiella samhällen som bildas efter att ha passerat tröskeln och deras potentiella effekter på det bredare ekosystemet.

"Våra fynd kan också förklara orsaken bakom de motsägelsefulla resultaten som erhållits från fält- och laboratorieförsök med markuppvärmning, " tillade doktorand Alireza Saidi-Mehrabad, huvudförfattare på studien. "Denna skillnad beror sannolikt på att fältbaserade studier involverar måttlig uppvärmning av jorden. Däremot i laboratoriebaserade inkubationer, en liten mängd permafrost som tinar kan resultera i snabb reaktion på ökad temperatur, leder till stora förändringar i både markkemi och mikrobiell samhällsstruktur."

Andra medarbetare i denna forskning inkluderar Duane Froese, professor vid naturvetenskapliga fakulteten och Kanadas forskningsstol i Northern Environmental Change; Patrick Neuberger, tidigare doktorand i Lanoil-labbet; och Morteza Hajihosseini, doktorand i U of A's School of Public Health.

Finansiering för forskningen gavs av Alberta Innovates Graduate Fellowship, ArcticNet, Kanadas naturvetenskapliga och tekniska forskningsråd, Northern Science Training Program, och U of A:s Northern Research Award.

Studien, "Permafrost mikrobiell gemenskapsstruktur förändras över gränsen mellan Pleistocen och Holocen, "publicerades i Frontiers in Environmental Science .