Maapallon pinnasta yli 20 % on ikiroudan peitossa. Kun arktiset alueet lämpenevät, valtava määrä ikiroutaan sidottua hiiltä vapautuu ilmakehään kasvihuonekaasuina ja kiihdyttää kasvihuoneilmiötä. Hiiltä on sidottuna ikiroutaan satoja, jopa tuhansia gigatonneja, eikä edelleenkään tiedetä miten ja missä olosuhteissa mikrobit muuttavat hiilen voimakkaiksi kasvihuonekaasuiksi, hiilidioksidiksi ja metaaniksi. Nyt joukko Lawrence Berkeley National Laboratoryn tutkijoita on selvittänyt molekyylibiologian työkaluilla sulavan ikiroudan eri vaiheiden mikrobiston koostumuksen ja aktiivisuuden sekä sekvensoinut useiden uusien lajien genomeja. Tämä ns. omiikka-työkalujen käyttö mahdollisti tuotetun molekyylibiologisen aineiston yhdistämisen näytteistä mitattuihin biogeokemiallisiin prosesseihin. Tutkijat havaitsivat, että esimerkiksi metaanin tuoton lisääntyminen näkyi sekä suorissa metaanimittauksissa että mikrobien geeniaktiivisuudessa ikiroudan sulaessa. Lisäksi ikiroudan mikrobeilla havaittiin uusia selviytymisstrategioita.

Tutkimuksessa selvitettiin miten mikrobit selviävät jäisessä maassa. Useat ikiroudan mikrobeista ovat vielä tuntemattomia, ja tutkimuksessa kerätty genomi- ja geeniaktiivisuusaineisto auttaa ymmärtämään, miten nämä mikrobit ovat selviytyneet ikiroudassa tuhansia vuosia. Tutkimuksen näytteet kerättiin Alaskasta kymmeniä tuhansia vuosia vanhasta ikiroudasta, sen päällä olevasta joka vuosi sulavasta ja jäätyvästä maakerroksesta, sekä jo sulaneesta ikiroudasta, josta on muodostunut suo. Omiikka-työkalujen avulla selvitettiin ensin, mitä mikrobeja näytteissä on ja mitä geenejä niillä on ja millaisiin toimintoihin nämä mikrobit mahdollisesti pystyvät. Tietoa mikrobien aktiivisuudesta tutkittiin RNA- ja proteiiniaineistoista. Tutkijat saivat selville, että jäätyneen ikiroudan mikrobit tuottivat proteiineja, jotka suojaavat niitä jäätymiseltä, auttavat liikkumisessa sekä raudan ja metaanin käytössä energianlähteenä. Jo sulaneessa ikiroudassa valtaosa havaituista mikrobeista oli metaaneja tuottavia, ja aktiivisuusaineiston perusteella hyvin aktiivisia. Lisäksi tutkimusryhmä löysi useita uusia metanogeenisia lajeja.

FT Jenni Hultmanin tutkijatohtorikauden USA:ssa vuosina 2010-2011 rahoitti Suomen Akatemia, lisäksi tutkimusta tukivat Yhdysvaltain energiaministeriö ja Yhdysvaltain Geologian tutkimuskeskus. Nykyisessä työssään Helsingin yliopiston eläinlääketieteellisessä tiedekunnassa professori Johanna Björkrothin tutkimusryhmässä hän soveltaa tutkimusvierailunsa aikana käyttämiään ja kehittämiään menetelmiä elintarvikkeiden pilaajamikrobiston tutkimuksessa.

Tutkimuksen Multi-omics of permafrost, active layer and thermokarst bog soil microbiomes tulokset on julkaistu Nature-tiedelehden verkkoversiossa 4.3.2015.

Reference: Jenni Hultman, Mark P. Waldrop, Rachel Mackelprang, Maude M. David, Jack McFarland, Steven J. Blazewicz, Jennifer Harden, Merritt R. Turetsky, A. David McGuire, Manesh B. Shah, Nathan C. VerBerkmoes, Lang Ho Lee, Kostas Mavrommatis, Janet K. Jansson. Multi-omics of permafrost, active layer and thermokarst bog soil microbiomes. Nature, DOI:10.1038/nature14238 (In press).

Lisätietoja: Tutkijatohtori Jenni Hultman, Helsingin yliopisto, p. 02941 57111, jenni.hultman(at)helsinki.fi ja the Pacific Northwest National Laboratoryn uutinen.

Kuvassa Jenni Hultman esikäsittelee jäistä ikiroutanäytettä. Kuva: Janet Jansson.