在整個地球上的生態系統中發現的僅僅幾個細菌分類群就包辦了土壤中一半以上的碳循環。北亞利桑那大學的研究人員做出的這些新發現本周發表在《自然通訊》上，表明儘管從四個不同的生態系統收集的野生土壤中發現了多種微生物分類群，但這些生態系統中常見的只有三到六組細菌對所發生的大部分碳利用負責。
土壤中的碳含量是地球上所有植被的兩倍，因此預測碳是如何儲存在土壤中並作為二氧化碳釋放的，是了解未來氣候動態的一個關鍵計算方式。該研究小組包括來自西北太平洋國家實驗室、勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室、馬薩諸塞大學·阿默斯特分校和西弗吉尼亞大學的科學家，他們正在研究在地球系統和氣候模型中應如何考慮這種關鍵的細菌過程。
數據表明，當涉及到像土壤呼吸這樣的重要功能時，土壤群落中可能有很多冗餘。是一些常見的、豐富的行為者在發揮最大的作用。”
這些細菌，包括布拉氏菌、酸桿菌RB41和鏈黴菌在利用現有的土壤碳和添加到土壤中的營養物質方面比它們較罕見的同行要好。當碳和氮被添加時，這些已經佔主導地位的細菌品系鞏固了它們對養分的控制，相對於其他存在的分類群，它們吞噬得更多，生長得更快。儘管研究人員確定了數千種獨特的生物，以及數百個不同的屬或物種集合（例如，犬屬包括狼、郊狼和狗），但只有六種生物需要佔到碳使用量的50%以上，只有三種生物負責營養物質增加的土壤中一半以上的碳使用。
斯通和他的團隊使用標有特殊氧同位素的水，對在土壤樣本中發現的DNA進行測序，跟蹤氧同位素以觀察哪些分類群將其納入它們的DNA，這是一個表明生長的信號。這種被稱為定量穩定同位素探測（qSIP）的技術，使科學家能夠在單個分類群的層面上跟蹤哪些細菌在野生土壤中生長。然後，研究小組對每個分類群的丰度進行核算，並對細菌消耗土壤碳的效率進行建模。包括分類學特異性、基因組大小和生長的模型比只看每個細菌群的丰度的模型更準確地預測了測量的二氧化碳釋放。它還顯示，只有少數分類群產生了研究人員觀察到的大部分二氧化碳。
更好地了解單個生物體如何促進碳循環，對於管理土壤肥力和減少氣候變化預測的不確定性具有重要意義。這項研究將土壤微生物的分類和功能多樣性分開，並以一種新的方式考慮生物多樣性。所揭示的微生物人口學數據讓研究人員可以提出更多細微的問題，並開始確定哪些土壤生物正在執行重要的功能，如碳封存，並更密切地研究這些功能。