Fenomenul de întunecare biologică: Microbii polari accelerează topirea gheții și, automat, schimbările climatice

Ghețarii arctici se află într-un declin „terminal”, accelerat de microbii care trăiesc pe și în gheață. Acești microbi, deși minusculi, contribuie la topirea rapidă a gheții prin fenomenul de întunecare biologică, iar impactul lor ar putea afecta miliarde de oameni. 

Cum au ajuns microbii polari să aibă un impact uriaș asupra planetei

Oamenii de știință de la Svalbard se grăbesc să studieze microbii polari, pe măsură ce încălzirea globală amenință ecosistemele fragile ale ghețarilor.

Dr. Arwyn Edwards, expert în ecologia ghețarilor, descrie recent o zi toridă și ceațoasă pe un ghețar din Svalbard: „A fost înfricoșător… ca și cum ai fi în mijlocul unui oraș în flăcări în timpul unui raid nocturn” a spus acesta pentru theguardian.com. În loc de război urban, Edwards se referă la efectele temperaturilor record asupra ghețarilor, unde topirea rapidă a gheții a transformat locul de muncă într-o cascadă de apă și pietre.

Deși temperatura medie globală nu a depășit încă pragul de 1,5°C stabilit la Paris, Arctica l-a depășit demult. Svalbard se încălzește de șapte ori mai rapid decât media globală. Timpul pentru a înțelege aceste ecosisteme fragile și pentru a evalua costurile climatice potențiale se scurge rapid.

Microbii polari, gardieni și agitatori principali ai declinului Arcticii

Edwards descrie microbii adaptați la frig pe care îi studiază drept „gardieni și agitatori principali ai declinului Arcticii”. Cercetările recente arată că microbii din zăpadă și gheață pot crea bucle de feedback pozitiv care accelerează topirea. Având în vedere că peste 70% din apa dulce a planetei se află în gheață și zăpadă, iar miliarde de oameni depind de râurile alimentate de ghețari, aceste descoperiri au implicații majore la nivel global. Totuși, nu toți microbii polari contribuie la încălzire – unele populații pot reduce emisiile de metan.

Până în ultimele decenii, oamenii de știință credeau că ghețarii arctici sunt aproape lipsiți de viață. Pe ghețarul Longyearbreen, Edwards a descoperit că zăpada conține sute până la mii de celule vii pe centimetru cub, precum și de patru ori mai multe virusuri. Microbii pot stimula chiar formarea fulgilor de zăpadă, iar în timpul verii pot apărea alge roșii care dau naștere fenomenului „zăpadă pepene” sau „zăpadă sângerie”.

Sub zăpadă, ghețarul ascunde fragmente asemănătoare solului, denumite „granule de criconite”, considerate „pădurile tropicale înghețate” ale gheții. Acestea formează ecosisteme autosuficiente cu bacterii, fungi, virusuri, protiste și chiar animale mici precum tardigrade și viermi.

Fenomentul de „întunecare biologică” care grăbește topirea gheții

Microbii din gheață și zăpadă produc pigmenți închiși la culoare pentru a se proteja de radiațiile UV și, în același timp, captează praf și resturi care închid și mai mult ghețarul. Acest proces, numit „întunecarea biologică”, accelerează topirea gheții. Creșterea temperaturilor și sezoanele de topire prelungite sporesc dezvoltarea acestor microbii.

Fiecare vară, o zonă biologic întunecată, vizibilă din spațiu și cuprinzând cel puțin 100.000 km², apare în sud-vestul calotei glaciare din Groenlanda. Studiile arată că microbii sunt responsabili pentru 4,4–6 gigatone de apă de topire, reprezentând până la 13% din total, dintr-o masă de gheață suficientă pentru a crește nivelul global al mării cu peste 7 metri. Deși aceste efecte sunt recunoscute în rapoartele IPCC, ele nu sunt încă integrate în modelele climatice.

În Alpii Europeni, Himalaya și Asia Centrală, cel puțin 2 miliarde de oameni depind de apa provenită din topirea ghețarilor pentru consum, agricultură și hidroenergie. Chiar și dacă lumea respectă țintele de la Paris, jumătate dintre acești ghețari nu vor supraviețui acestui secol. 

După amenințarea fenomenului „de întunecare”, metanul este cel care duce la declinul ghețarilor

Dincolo de efectul de întunecare a gheții, există o a doua amenințare: metanul. În multe zone ale Arcticii, ghețarii și permafrostul acoperă vaste rezerve subterane ale acestui gaz cu efect de seră, împiedicând eliberarea sa. Studii recente au arătat că microbii care trăiesc în lumea rece, întunecată și presurizată de sub ghețari pot produce cantități mari de metan proaspăt. Topirea permafrostului și retragerea ghețarilor pot declanșa emisii de metan neașteptate din adâncuri.

Pe cealaltă parte a fiordului de la Longyearbyen, profesorul Andy Hodson, de la University Centre in Svalbard, demonstrează acest fenomen la un grup de „pingouri” – movile formate atunci când apa sub presiune iese prin solul înghețat. Apa care iese este saturată cu metan. Hodson compară efectul cu faptul că ghețarii și gheața „fracturează peisajul și împing acest gaz afară. Avem metan care iese din pământ oriunde fluidele pot migra de sub permafrost.”

La momentul potrivit, o eliberare bruscă de metan tulbură suprafața unei piscine de pingo. „Nu voi spune că urmează să explodeze o bombă de metan de 50 de petagrame”, afirmă Hodson. Dar, conform estimărilor recente, emisii din aceste bucle de feedback arctic ar putea adăuga între 25 și 70 de trilioane de dolari la costurile climatice, astfel că miza nu poate fi mai mare.

Unul dintre motivele pentru care Hodson rămâne relativ calm în privința acestui sit este că el și colegii săi au descoperit recent că anumite comunități microbiene care trăiesc în pingo pot concura cu microbii producători de metan și consumă activ metanul. „Aici intervine cu adevărat rolul metanotrofilor [„consumatorii de metan”] și salvează situația”, spune Hodson. Acești metanotrofi nu vor reduce emisiile peste tot, dar fără ei, mult mai mult metan ar scăpa în atmosferă.

Ghețarii se diminuează de la an la an, spun oamenii de știință

Stând pe suprafața Foxfonna, un ghețar central din Svalbard, Edwards descrie cum stratul de gheață aici este cu 4 metri mai jos decât era vara trecută, iar ghețarul s-a diminuat considerabil de la prima sa vizită în 2011. „Acesta este un ghețar condamnat”, spune Edwards. „Acesta este un tratament paliativ, și totuși nimănui nu-i pasă.”

Ca orice corp animal, fiecare ghețar găzduiește propriul său microbiom unic, uneori conținând specii care nu se mai întâlnesc nicăieri altundeva. Pe măsură ce Edwards caută, în zadar, un anumit habitat microbian studiat anul trecut, probabil pierdut din cauza topirii și eroziunii, el compară experiența sa cu cea a biologilor care studiază recifele de corali și văd cum acestea se albesc și mor. Aceste specii microbiene de zăpadă și gheață, aflate în pericol, nu doar că au valoare intrinsecă și științifică, ci și un potențial uriaș economic. Adaptările lor genetice la frig extrem, întuneric și nutrienți puțini reprezintă o bibliotecă de posibile soluții biotehnologice pentru medicină, industrie și gestionarea deșeurilor. Pe măsură ce încălzirea globală avansează, societatea pierde rapid oportunitatea de a folosi, studia și conserva această bogăție unică de diversitate biologică.

Edwards pledează pentru crearea unui depozit internațional pentru conservarea diversității microbiene polare – analog cu Global Seed Vault din Svalbard, care păstrează varietăți de culturi agricole în camere de permafrost din apropiere. „În cele din urmă, când mă voi pensiona sau voi muri, vreau ca [un astfel de depozit microbian] să rămână o resursă de durată pentru generațiile viitoare, pentru că ele nu vor mai avea acest ghețar sau acel ghețar sau acela dincolo”, spune el, făcând gesturi către peisajul imens și amenințat.

Mulți vizitatori vin să admire fauna spectaculoasă din Svalbard, care rămâne abundentă – deocamdată. Într-o excursie cu barca pe un fiord central, întâlnim peste 80 de balene beluga. Totuși, chiar și această populație prosperă depinde de microbii invizibili: balenele se hrănesc cu pești care consumă plancton hrănit de microbii marini, care, la rândul lor, depind de nutrienții eliberați de ghețari – habitate parțial controlate de microbii pe care îi studiază Edwards.

Fenomenul este lent, însă are un impact devastator asupra schimbărilor climatice

Este un memento că microbii polari nu influențează doar topirea gheții și clima globală; ei susțin întregi ecosisteme. Fără ei, această abundență ar dispărea.

Edwards compară vizitele sale regulate în Arctica cu vizitarea tatălui său, bolnav de demență vasculară, într-un azil. Fiecare vizită dezvăluia pierderi suplimentare. „Este un proces pas cu pas,” spune el. „Nu ai vedea cum se diminuează zi de zi.”