The microbial methane "filter" in the Arctic: resilience and response to climate change.

Økningen i atmosfærens innhold av drivhusgasser (GHG) er en av de store utfordringene i det 21. århundre. Mikroorganismer i jord er sentrale aktører både for produksjonen og forbruket av klimagasser inkludert klimagassen metan (CH4). Økte mengder metan i atmosfæren kan ha dramatiske effekter. Metan er sluttproduktet fra en kaskade av mikrobiell aktivitet som tar utgangspunkt i organisk karbon. Store mengder organisk karbon hovedsakelig fra planter, er lagret i arktiske økosystemer. Dette representerer dobbelt så mye karbon som i atmosfæren og et stort potensiale for økte klimagassutslipp forårsaket av klimaendringer og smelting av permafrost. Økte utslipp som fører til økt temperatur i atmosfæren, vil forsterke drivhuseffekten. Metan oksiderende bakterier (MOB) i jorda bruker metan for vekst. De er derfor et biologisk filter for metan og omsetter den før den slippes ut i atmosfæren. Denne egenarten til MOB gir de en nøkkel rolle i en global oppvarmings scenario, ved å motvirker utslipp av metan til atmosfæren. I prosjektet studerte vi det aktive frostfrie jordlaget over permafrosten, der mikrober produserer og forbruker metan under den arktiske sommeren. Balansen mellom produksjon og forbruk påvirkes av miljøfaktorer som vanninnholdet i jorda, temperatur, jordstruktur og vegetasjon. Arktiske våtmarker er utsatt for stort beitepress om sommeren, spesielt fra gjess. Våre resultater viser at etter fjerning av beite dyr med gjerder, endres vegetasjonen mot karplanter, økt rot biomasse og en tørrere mer oksygenrik jord. Som et resultat blir mindre metan produsert i jorda. Flere nært beslektede stammer av metan oksiderende bakterier innenfor slekten Methylobacter er tilstede i systemet. Endringene i oksygen og tilgjengelighet av metan, sammenfaller med endringer i aktiviteten til disse Methylobacter stammene. Lite metan ble sluppet ut til atmosfære både i beitede og ikke-beitede våtmarker og resultatene viser at de metanoksiderende bakteriene er et effektivt filter for denne klimagassen. Prosjektet har hatt stor nytte av god infrastruktur knyttet til felt-studier og innsamling av prøver i Ny-Ålesund, Svalbard. Prosjektet har hatt et komplementært og aktivt samarbeid med Dr. Svetlana Dedysh, Moskva, Russland. I Russland er det gjennomført studier på effekten av reinbeiting i områder med mye lav. Dette er et sensitivt økosystem med et tynt jordlag hvor beiting hadde en dramatisk effekt ved at de metanoksiderende bakteriene forsvant. Dette er studier vi vil gå videre med sammen med Dr. Dedysh og inkludere flere nordlige reinbeiteområder. Samarbeidet på grunnleggende studier av isolerte bakterier fra miljøet og deres genetiske sammensetning vil også fortsette. Publikasjoner fra prosjektet er et resultat av komplementær kunnskap og infrastruktur hos russisk og norsk partner.

Microorganisms are key players both for the production and consumption of greenhouse gases (GHG) derived from a cascade of metabolic processes. The northern terrestrial hemisphere represents a stock of organic carbon and a large potential for increased GH G emission caused by climate change and melting of permafrost. Methane oxidizing bacteria (MOB) is the biological filter for the GHG methane (CH4), a final product from degradation of organic carbon in aquatic, terrestrial and gut environments. The perf ormance and the robustness of the methane oxidizing bacteria exposed to these changes will be decisive for the amount of methane emitted from terrestrial ecosystems. Few MOB species are present in Arctic peat soil and their performance and resilience in a changing climate are decisive for the efficiency of the biological soil CH4 filter. With our platform in the Arctic and Sub-Arctic ecosystems including detailed in situ community data as well as representative MOB species in culture, the project will imp rove our knowledge about these ecosystem and how the GHG budget of these vulnerable systems respond to climate change and emissions of GHG. The project is based on active collaboration with a very competent Russian microbiologist Dr. Svetlana N. Dedysh an d involves a young scientific group of people including researchers, postdoc and PhDs. An important strategic goal is to establish new and binding collaboration with Russia. The project will by this meet the NORRUSS objectives addressing improved knowled ge of climate change in the Arctic and the dynamics of climatically relevant gases in the environment. In addition the project can be expected to provide needed data in microbial ecology to climate models.