Большая часть углерода Земли удерживается в почве. Раньше ученые думали, что соединения, потенциально способствующие потеплению климата, безопасно сохранятся там на протяжении веков. Однако новый эксперимент ставит эту теорию под сомнение.

Новое исследование Принстонского университета показывает, что молекулы углерода могут покинуть почву намного быстрее, чем считалось ранее. Полученные данные свидетельствуют о ключевой роли некоторых типов почвенных бактерий, которые могут производить определенные ферменты. Они расщепляют большие молекулы углерода и выпускают углекислый газ в атмосферу.

В почве хранится больше углерода, чем во всех растениях и атмосфере планеты вместе взятых. Она поглощает около 20% выбросов углерода, производимых человеком. Тем не менее, факторы, влияющие на накопление и выброс углерода из почвы, сложно изучать, что ограничивает актуальность климатических моделей. Новые результаты подтверждают опасения экологов — большие молекулы углерода могут высвобождаться из почвы быстрее, чем это предполагается в обычных моделях.

В статье, опубликованной 27 января в Nature Communications, ученые разработали эксперименты типа «почва на чипе». Цель — имитировать взаимодействие между почвой, соединениями углерода и почвенными бактериями. Исследователи использовали синтетическую прозрачную глину в качестве замены компонентов почвы, которые играют самую большую роль в поглощении углеродсодержащих молекул.

«Чип» представлял собой модифицированное предметное стекло микроскопа, или микрожидкостное устройство. Оно содержало каналы с силиконовыми стенками длиной полсантиметра и в несколько раз больше ширины человеческого волоса (около 400 микрометров). Впускные и выпускные трубы на каждом конце каналов позволили исследователям закачать раствор синтетической глины, а затем суспензии, содержащие молекулы углерода, бактерии или ферменты.

Исследователи покрыли это микрофлюидное устройство прозрачной глиной, затем добавили флуоресцентно меченые молекулы сахара и визуализировали сорбцию и высвобождение углерода из глины под микроскопом / Фото: Джуди К. Ян

Покрыв каналы прозрачной глиной, исследователи добавили флуоресцентно меченые молекулы сахара для имитации углеродсодержащих питательных веществ, которые просачиваются из корней растений, особенно во время дождя. Эксперименты позволили исследователям непосредственно наблюдать расположение углеродных соединений в глине и их движения в ответ на течение жидкости в режиме реального времени.