Gavriil Grigorov/TASS über ZUMA
Diese Geschichte wurde ursprünglich veröffentlicht von Mahlgut und wird hier wiedergegeben als Teil der Klimadesk Zusammenarbeit.
Jedes Mal, wenn Sie Wenn Sie eine Blaubeere essen, macht sich das Mikrobiom in Ihrem Darm an die Arbeit. Bakterielle Enzyme greifen die organischen Verbindungen der Frucht an: ein blubbernder, gurgelnder Verdauungsprozess, der – oft zu unserer Verlegenheit – Blähungen verursachen kann. Für einen Menschen mag das keine so große Sache sein, aber neue Forschungsergebnisse zeigen, dass die mikrobielle Aktivität in eisigen arktischen Böden vielleicht gar nicht so anders ist. Auf globaler Ebene könnte dies bedeuten, dass der Planet mehr gefährliche Treibhausgase ausstößt.
Permafrost, die gefrorene Erde, die etwa ein Viertel der nördlichen Hemisphäre bedeckt, speichert enorme Mengen an Kohlenstoff, der den Planeten erwärmen könnte – 2,5 Mal so viel wie derzeit in der Atmosphäre vorhanden ist. Doch wenn der Boden auftaut, erwacht die mikrobielle Gemeinschaft im Boden und beginnt, das eingeschlossene organische Material zu zerfressen. Dabei wird der gesamte vergrabene Kohlenstoff als Treibhausgas in die Atmosphäre freigesetzt, die wiederum noch mehr Wärme auf dem Planeten einschließt. In einer sich selbst erhaltenden Rückkopplungsschleife werden die Bodenmikroben umso aktiver, je wärmer es wird. Und neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Wissenschaftlern möglicherweise nicht bewusst war, wie viel von diesem kohlenstoffspeichernden Permafrost gefährdet ist: Den hungrigen Mikroben könnte doppelt so viel Kohlenstoff zur Zersetzung zur Verfügung stehen wie geschätzt, was zu erhöhten Emissionen führen könnte.
„Wir waren überrascht, dass einige der genau gleichen Wege, die im menschlichen Darm existieren, von völlig unterschiedlichen Organismen genutzt werden“, sagte Kelly Wrighton, Professorin für Mikrobiologie an der Colorado State University, die das Labor hinter der Studie leitet, die letzten Monat in der Zeitschrift Nature Microbiology veröffentlicht wurde. Sie sagte zwar, dass dies bedeuten könnte, dass es in Zukunft viel mehr Permafrost-Emissionen geben wird, als bisherige Klimamodelle angenommen haben, aber es sind weitere Untersuchungen nötig, um die genaue Menge zu bestimmen.
„Wir waren überrascht, dass einige der im menschlichen Darm vorhandenen Wege auch von völlig unterschiedlichen Organismen genutzt werden.“
Tatsächlich gibt es noch so viel zu klären, dass viele Klimamodelle den tauenden Permafrost überhaupt nicht berücksichtigen. Jüngste technologische Fortschritte, wie die Verfolgung von Methan mit Satelliten, helfen uns dabei, eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, was bereits aus dem Boden sickert und wie sich die tauende Landschaft verändert. Aber was ist mit den winzigen organischen Kräften, die den ganzen Kohlenstoff überhaupt erst aufwirbeln?
Zwar ist die Hälfte des Kohlenstoffs der Erde im Permafrostboden gespeichert, doch nicht alles davon steht Mikroben zur Verfügung, die es fressen und als Kohlendioxid und Methan wieder ausstoßen könnten. Einer jahrzehntealten Theorie zufolge glaubten Bodenkundler früher, dass Polyphenole – eine Klasse von mehr als 8.000 organischen Verbindungen, die in vielen Pflanzen in großen Mengen vorkommen – unter Permafrostbedingungen nicht von Mikroben konsumiert werden könnten, was verhindern würde, dass ein Teil des Kohlenstoffs entweicht, wenn der Boden auftaut.
Diese Annahme hat einige Forscher sogar zu der Annahme veranlasst, dass die Emissionen aus dem Permafrost durch die Anreicherung von polyphenolreichen Böden begrenzt werden könnten. Polyphenole sind jedoch auch in Beeren, Nüssen und vielen anderen Lebensmitteln, die wir Menschen essen, reichlich vorhanden, und laut Forschungsergebnissen zur menschlichen Gesundheit vertragen die Mikroben in unserem Magen sie problemlos.
Bridget McGivern, Mikrobiologin an der Colorado State University und Hauptautorin der Studie, sagt, es sei ein Widerspruch zwischen verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen gewesen, der die Forscher vor ein Rätsel gestellt habe. „Wie können diese beiden Dinge in diesen unterschiedlichen Ökosystemen zutreffen? Wir wissen, dass Mikroorganismen in verschiedenen Systemen meist denselben Regeln folgen.“
Dank jüngster Fortschritte ist es Wissenschaftlern endlich möglich, tiefer in die komplexe und vielfältige Welt der Bodengenetik einzutauchen und diese Fragen zu beantworten. McGivern und ihre Kollegen begannen mit der Entwicklung eines Open-Source-Genmarkierungstools, mit dem sich genetische Sequenzen vergleichen lassen, die Mikroben exprimieren, wenn sie in verschiedenen Umgebungen, darunter auch im menschlichen Verdauungssystem, Polyphenole fressen. Anschließend untersuchten die Forscher mit diesem Tool Permafrostböden genauer und fanden genetische Hinweise darauf, dass Mikroben auch dort die Polyphenole zersetzten.
Vor der Veröffentlichung der Studie ging man laut McGivern davon aus, dass etwa 25 Prozent des gesamten im Permafrost gebundenen Kohlenstoffs für Mikroben verfügbar seien. Dies wurde in Klimamodellen berücksichtigt. Da nun auch Polyphenole auf dem Speiseplan der Mikroben stehen, hat sich diese Zahl verdoppelt. Das bedeutet, dass den Mikroben doppelt so viel Kohlenstoff zur Verfügung stehen könnte, um sie zu zersetzen und in Treibhausgase umzuwandeln.
Es gibt noch viele Lücken zu füllen, und um die zukünftigen Emissionen des Permafrosts abzuschätzen, sind weitere Forschungsarbeiten aus verschiedenen Bereichen erforderlich. „Aber was wir sagen können, ist, dass es diesen riesigen Kohlenstoffpool gibt, den wir bisher ignoriert haben und dem wir wirklich Aufmerksamkeit schenken sollten“, sagte McGivern.
Tyler Jones, Klimaforscher an der University of Colorado in Boulder, stimmt dem zu. „Wir hinken ein wenig hinterher“, sagt er. Vor Jahrzehnten glaubten Forscher, dass der Permafrost gefroren bleiben und keine unmittelbare Bedrohung für das Klima darstellen würde. Heute, sagt er, habe man festgestellt, dass sich die sich rasch verändernde Arktis zwei- bis dreimal schneller erwärmt als der Rest des Planeten, was eine Flut dringender Forschungsarbeiten auslöste. „Es fehlen derzeit so viele Puzzleteile. Wir können noch nicht einmal erkennen, wie das gesamte Puzzle aussieht.“
Andere natürliche Prozesse verkomplizieren das Bild noch weiter. In einem Prozess namens „Verbuschung“ dringt das Pflanzenleben weiter nach Norden vor und besiedelt die Erde, die das zurückweichende Eis freigibt. Jones sagt, all dieses zusätzliche Pflanzenleben würde Kohlenstoff binden und dazu beitragen, die Arktis wieder in eine Kohlenstoffsenke zu verwandeln. Aber die Forschung zeigt, dass Sträucher Schnee einfangen können, bevor er die Erde abkühlen kann. McGivern weist darauf hin, dass dies auch bedeuten könnte, dass mehr polyphenolhaltiger Boden entsteht, den die Mikroben abbauen müssen.
„Die Auswirkungen sind bereits jetzt zu spüren“, sagt Jan Nitzbon, Permafrostforscher am Alfred-Wegener-Institut. Das Eis reagiert bereits auf jedes Grad Erwärmung – in manchen Gebieten taut es allmählich auf, in anderen bricht es plötzlich zusammen. Das bedroht das Ökosystem und die Menschen, die darin leben.
„Die Kohlendioxid-Emissionen zu verringern und die globale Erwärmung so gering wie möglich zu halten – das ist so ziemlich die einzige gangbare Möglichkeit, so viel Permafrost wie möglich zu schützen“, sagte Nitzbon.