Houden microben de methaancyclus van Arctische meren in toom?

Welke invloed hebben microben op het vrijkomen van methaan in de arctische gebieden? En hoe zal klimaatverandering deze micro-organismen beïnvloeden? Op onder andere deze vragen probeert een nieuw onderzoeksproject onder leiding van Suzanne McGowan van het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) een antwoord te vinden. 

Het project, Climate feedbacks and methane cycling in Arctic lakes: enzymes to atmosphere (CLIMET), krijgt financiering voor 4,5 jaar onderzoek via de NWO Open Competitie ENW - XL. CLIMET is een samenwerking tussen het NIOO, de Nederlandse universiteiten Radboud en Utrecht, de Britse universiteiten Heriot Watt en Northumbria, de Universiteit van Maine en de Universiteit van Umeå. McGowan gaat in op de plannen voor CLIMET en waarom dit onderwerp een belangrijke aanvulling is op het onderzoek naar klimaatverandering. 

Waarom is het belangrijk om meer te weten over methaan in Arctische meren?

Waarom is het belangrijk om meer te weten over methaan in Arctische meren? McGowan: “Methaan is een 28 keer sterker broeikasgas dan kooldioxide, waarvan de stijgende concentratie in de atmosfeer een belangrijke oorzaak is van klimaatverandering. Als door hogere temperaturen de methaanuitstoot uit de Arctische meren toeneemt, kan dat een aanzienlijke invloed hebben op het klimaat.” Of dit zal gebeuren is nog onduidelijk. 

Het poolgebied wordt al zichtbaar beïnvloed door klimaatverandering. “De afgelopen twee jaar zijn meren in sommige gebieden in Zuidwest-Groenland bruin geworden doordat humus en metalen zoals ijzer zijn vrijgekomen. Deze abrupte verandering ging gepaard met een periode van extreme regenval en hogere temperaturen en verhoogde de methaanconcentratie in de meren met >70%.”

Methaanproducerend of -consumerend?

Om de effecten van de opwarming op de methaanuitstoot te begrijpen, moet er veel meer informatie worden verzameld over de microbiële samenstelling van Arctische meren: “Arctische meren zijn biologische hotspots omdat ze vloeibaar water vasthouden in een overwegend bevroren landschap; ze zijn een thuis voor microben die actief zijn in de methaancyclus. Micro-organismen in meren spelen een belangrijke rol in zowel de productie als de consumptie van methaan. Sommige micro-organismen produceren methaan, maar naar schatting wordt tot 90% van het in meren geproduceerde methaan onmiddellijk verwijderd door methaanconsumerende micro-organismen, de zogenaamde 'microbiële methaanfilter'. Inzicht in welke microben aanwezig zijn in Arctische meren en wat de verhouding bepaalt tussen degenen die methaan produceren en degenen die methaan 'filteren', vormt de basis om de netto methaanemissies van Arctische meren te kunnen voorspellen.”

Experimenteren in Groenland

Hoe gaat het onderzoeksconsortium deze micro-organismen bestuderen? McGowan legt uit dat de diversiteit van het consortium zal helpen bij het uitvoeren van de verschillende onderzoekstechnieken die nodig zijn om dit onderwerp te bestuderen: “Omdat we op dit moment niet veel informatie hebben over welke micro-organismen er in Arctische meren leven, zullen we een combinatie van genetische en microbiologische isolatietechnieken gebruiken om te identificeren wat er is en om te zien of we nieuwe organismen kunnen vinden. We gebruiken ook transcriptomics-technieken om de activiteit van de organismen en wat ze doen te achterhalen? We zullen experimenten uitvoeren met verschillende soorten microben onder verschillende omstandigheden om vast te stellen wat de drijvende kracht is achter veranderingen in micro-organismen en de invloeden op methaan.” NIOO-onderzoeker Paul Bodelier is ook betrokken bij CLIMET, waar hij zijn ervaring met experimenten met methaancyclerende micro-organismen inzet. Het onderzoek zal niet alleen op experimentele wijze de toekomst verkennen, maar ook proberen te leren van het verleden: “We zullen sedimentkernen gebruiken om veranderingen in micro-organismen in de afgelopen eeuwen te achterhalen om te zien of er bewijs is dat klimaatveranderingen in het verleden de methaanproducerende of -consumerende microben hebben veranderd.” Al dit onderzoek zal zich richten op de Arctische meren in het district Kangerlussuaq in West-Groenland.

Arctische meren zullen een grote rol spelen

McGowan verwacht dat de Arctische meren een grote rol zullen spelen in de methaancyclus: “Het Noordpoolgebied warmt vier keer sneller op dan de rest van de aarde, waardoor de mobilisatie van bevroren koolstof uit de bodem en uit gesmolten gletsjers toeneemt. We denken dat deze veranderingen in het landschap gevolgen kunnen hebben voor de methaanproductie in meren.” Ze legt uit dat de vrijgekomen koolstof en voedingsstoffen in meren terecht kunnen komen en daar de microbiota kunnen beïnvloeden. “We denken dat deze factoren belangrijk kunnen zijn bij het bepalen of methaanproducerende of methaanconsumerende micro-organismen het meest dominant worden in meren en of meren dus netto methaanemitters zijn.” 

Lanthaniden de sleutel?

De onlangs vrijgekomen koolstof is niet het enige dat naar verwachting van invloed is op de methaanconsumerende microben. Een recente ontdekking toonde aan dat elementen uit de lanthanidengroep aanwezig waren in de “methaanfilter”-microben. Het consortium wil uitzoeken of deze elementen de sleutel kunnen zijn naar wanneer en waarom deze methaanverbruikende micro-organismen actief zijn: “Uit een deel van ons eerdere werk is gebleken dat elementen uit de lanthanidengroep veel voorkomen in stof dat afkomstig is van de Groenlandse ijskap. We weten heel weinig over de kringloop van lanthaniden in milieuomgevingen, dus naast de specifieke methaanvraag hopen we fundamentele vragen over de biogeochemische kringloop van weinig bestudeerde elementen aan te pakken.”