Klimatske promjene mijenjaju mikroživot u Vranskom jezeru

Novo istraživanje znanstvenika iz Hrvatske, Austrije, Njemačke i Danske otkriva kako klimatske promjene mijenjaju mikroživot u Vranskom jezeru i utječu na stvaranje i oksidaciju metana, jednog od najopasnijih stakleničkih plinova.

Iza istraživanja, koje je objavljeno u uglednom časopisu Environmental Microbiome, stoji međunarodni tim predvođen dr. Sandijem Orlićem i dr. Petrom Pjevac sa Sveučilišta u Beču, koji je, u suradnji sa stručnjacima iz Njemačke, Danske i Hrvatske, spojio terenski rad s najsuvremenijim metodama molekularne biologije kako bi razumio promjene koje se događaju ispod površine.

Prvi autor na radu je dr. sc. Lorena Selak, bivša doktorandica u timu dr. sc. Sandija Orlića, koja je trenutno na poslijedoktorskoj poziciji u Danskoj.

– Kada razina jezera padne i morska voda počne prodirati u jezera, ona donosi sa sobom sol i mikrobe koji prirodno nisu prisutni u slatkoj vodi.

To potpuno mijenja geokemiju jezerskog dna koja definira sastav mikroba, a upravo su oni ti koji odlučuju hoće li metan nastati, nestati ili završiti u atmosferi, objašnjava dr. sc. Sandi Orlić, voditelj Laboratorij za procese taloženja s Instituta Ruđer Bošković (IRB) te dodaje kako su željeli otkriti što se točno mijenja u tim tihim slojevima sedimenta, tko preživljava, tko nestaje i kakve to posljedice ima na kruženje metana.

Tihi svijet u ravnoteži

Da bismo razumjeli ovu priču, moramo se spustiti u tamni, svijet ispod dna jezera, točnije u sediment, sloj u kojem ne vlada kisik, ali gdje buja mikroskopski život. Tamo milijuni mikroorganizama obavljaju svakodnevne zadatke koji su nevidljivi, ali presudni za funkcioniranje planeta.

Neki mikrobi razgrađuju šećere, neki masne kiseline, neki plinove. Neki proizvode metan, kao nusprodukt raspada organske tvari. Drugi ga pak troše, sprječavajući da ispliva u atmosferu. Taj lanac razgradnje funkcionira kao savršeno uštimana simfonija. No, kao i kod svake simfonije, dovoljan je jedan pogrešan ton da sklad postane kaos.

Zbog klimatskih promjena, odnosno sve manje padalina, more prodire u slatkovodna obalna područja. Sa sobom donosi sol, ali i sulfate, spojeve koji su prirodni u morskom, ali rijetki u slatkovodnom svijetu. Sulfati mijenjaju pravila igre tako što omogućuju posebnim bakterijama da se razmnožavaju, istiskujući dotadašnje mikrobe, mijenjajući biokemijsku dinamiku cijelog sustava.

Upravo ta promjena, otkrivaju znanstvenici istraživanja, ima ključnu ulogu. Nije sol ta koja pokreće preobrazbu mikrobne zajednice. Ključ je u dostupnosti sulfata, koji stvaraju nove niše i omogućuju razmnožavanje tzv. sulfat-reducirajućih bakterija. Neke od njih ulaze u saveze s mikrobima koji razgrađuju metan bez kisika.

No, učinkovitost tog novog sustava više nije ista.

Genetička tišina pod pritiskom

Kako bi saznali kako mikroorganizmi reagiraju na zaslanjenje te adaptiraju li se ili jednostavno bivaju zamijenjeni, znanstvenici su sekvencirali njihove genome i analizirali tzv. osmoregulacijske gene, koji pomažu stanicama da prežive promjene u koncentraciji soli. No, rezultati su pokazali da između svježih i zaslanjenih uzoraka nisu pronađene značajne genetske razlike.

Drugim riječima, mikroorganizmi ne razvijaju posebne prilagodbe na višak soli. Umjesto toga, zajednice se brzo reorganiziraju tako što stare vrste nestaju, a zamjenjuju ih druge, otpornije. Adaptacija se ne događa na razini gena, već na razini zajednice.

Tijekom terenskog istraživanja, znanstvenici su iz dubine Vranskog jezera uzeli uzorke sedimenta, pratili kemijske promjene, analizirali DNA i mjerili razine metana. Otkrili su da se, u slojevima gdje je prisutna morska voda, stvara tzv. »metanski džep« odnosno prostor u kojem se metan nakuplja jer ga nitko više ne razgrađuje.

– Mikroorganizmi preuzimaju istu ulogu, ali u drugoj geokemijskoj zoni. Oni koji su tu bili dok je bila slatka voda su tolerirali kisik i koristili ga za oksidaciju metana, a sada kada imaju dostupne sulfate i s njima partnere koji im pomažu oksidirati metan pomoću redukcije sulfata – nastupaju anaerobni organizmi koji ne toleriraju kisik.

Zbog toga se događa to da pri površini, gdje možemo očekivati tragove kisika, imamo džep metana, jer aerobni metanotrofi koji vole kisik ne toleriraju visoki sailintet, dok anaerobni metanotrofi ne toleriraju kisik, objašnjava dr. Orlić.

Nisu svi mikroorganizmi nestali bez borbe. Neke skupine su se prilagodile, stvarajući nova partnerstva i pokušavajući održati metan pod kontrolom. Ali njihova učinkovitost nije ista. Na većim dubinama još uvijek djeluju, ali šteta je već učinjena.

– Prirodni filter za metan počinje otkazivati kad narušimo ravnotežu između ključnih mikroorganizama, upozorava tim.

Mikroorganizmi kao stražari klime

Za razliku od klimatskih katastrofa koje možemo vidjeti, otoka plastike, požara, izlijevanja nafte, ovo je proces koji se odvija bez dima, bez buke i bez senzacionalizma. Ali može biti jednako opasan. To je tiha erozija bioloških procesa koji su milijunima godina funkcionirali bez greške.

Zbog toga je Vransko jezero više od lokalnog fenomena. Ono je ogledalo globalnog procesa koji se već događa diljem svijeta, u obalnim jezerima, deltama, močvarama. Pitanje više nije hoće li se to dogoditi, već koliko brzo i koliko metana ćemo izgubiti iz tih prirodnih spremnika.

– Kad narušimo ravnotežu među mikrobima, narušavamo i sposobnost prirode da zadrži metan pod zemljom, ističe dr.sc. Sandi Orlić. A taj metan je, ako dospije u atmosferu, 25 puta snažniji od ugljičnog dioksida kad je riječ o utjecaju na zagrijavanje planeta.

Ovo istraživanje podsjeća na važnost očuvanja slatkovodnih ekosustava, osobito onih koji se nalaze blizu obale i sve su češće izloženi prodoru morske vode zbog podizanja razine mora.

Istraživanje je financirano sredstvima Hrvatske zaklade za znanost kroz projekte DOK-2018-09-1550 i IP-2020-02-9021 (projekt MALENA), te sredstvima Britanskog veleposlanstva u Zagrebu u sklopu projekta »Insights into microbes involved in the methane cycle can help tackle climate change«.

Istraživanje je provedeno uz veliku logističku i stručnu podršku domaćih i međunarodnih institucija. Posebna zahvala upućena je upravi Parka prirode Vransko jezero, koja je omogućila i podržala terenski rad.