在整个地球上的生态系统中发现的仅仅几个细菌分类群就包办了土壤中一半以上的碳循环。北亚利桑那大学的研究人员做出的这些新发现本周发表在《自然通讯》上，表明尽管从四个不同的生态系统收集的野生土壤中发现了多种微生物分类群，但这些生态系统中常见的只有三到六组细菌对所发生的大部分碳利用负责。
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土壤中的碳含量是地球上所有植被的两倍，因此预测碳是如何储存在土壤中并作为二氧化碳释放的，是了解未来气候动态的一个关键计算方式。该研究小组包括来自西北太平洋国家实验室、劳伦斯·利弗莫尔国家实验室、马萨诸塞大学·阿默斯特分校和西弗吉尼亚大学的科学家，他们正在研究在地球系统和气候模型中应如何考虑这种关键的细菌过程。
数据表明，当涉及到像土壤呼吸这样的重要功能时，土壤群落中可能有很多冗余。是一些常见的、丰富的行为者在发挥最大的作用。”
这些细菌，包括布拉氏菌、酸杆菌RB41和链霉菌在利用现有的土壤碳和添加到土壤中的营养物质方面比它们较罕见的同行要好。当碳和氮被添加时，这些已经占主导地位的细菌品系巩固了它们对养分的控制，相对于其他存在的分类群，它们吞噬得更多，生长得更快。尽管研究人员确定了数千种独特的生物，以及数百个不同的属或物种集合（例如，犬属包括狼、郊狼和狗），但只有六种生物需要占到碳使用量的50%以上，只有三种生物负责营养物质增加的土壤中一半以上的碳使用。
斯通和他的团队使用标有特殊氧同位素的水，对在土壤样本中发现的DNA进行测序，跟踪氧同位素以观察哪些分类群将其纳入它们的DNA，这是一个表明生长的信号。这种被称为定量稳定同位素探测（qSIP）的技术，使科学家能够在单个分类群的层面上跟踪哪些细菌在野生土壤中生长。然后，研究小组对每个分类群的丰度进行核算，并对细菌消耗土壤碳的效率进行建模。包括分类学特异性、基因组大小和生长的模型比只看每个细菌群的丰度的模型更准确地预测了测量的二氧化碳释放。它还显示，只有少数分类群产生了研究人员观察到的大部分二氧化碳。
更好地了解单个生物体如何促进碳循环，对于管理土壤肥力和减少气候变化预测的不确定性具有重要意义。这项研究将土壤微生物的分类和功能多样性分开，并以一种新的方式考虑生物多样性。所揭示的微生物人口学数据让研究人员可以提出更多细微的问题，并开始确定哪些土壤生物正在执行重要的功能，如碳封存，并更密切地研究这些功能。