北极永久冻土中封存的碳估计有16720亿公吨，超过2009年美国温室气体排放量的250倍。然而，永久冻土带消融会否导致这些被困无数个世代的碳逸出，给碳循环带来潜在影响？随着全球气温缓慢上升，这样的忧虑也在升温。在这种情况下，包含在冻土层中的微生物成为了关注的焦点。它们最终起到了释放碳还是保存碳，抑或介于两者之间的限制碳释放的作用，这成为了科学家们研究的课题。
所谓永久冻土，在地质学上指的是温度在水的冰点（0摄氏度）或低于冰点且持续达两年或两年以上的土壤。大部分永久冻土带位于高纬度地区（即靠近南北两极的地带），但在低纬度的高海拔地区也可能存在高山冻土带。在北半球，有24%的裸露陆地为永久冻土带，其中的含水量占北半球总体水量的0.022％。永久冻土带的范围随气候的变化而发生改变。目前，北极有相当大的一部分面积都被永久冻土带（包括不连续多年冻土）所覆盖。上覆层冻土是一个薄的活性层，在夏季到来时会出现季节性解冻。
美国环保局的数据显示，2009年美国的二氧化碳排放中，化石燃料燃烧释放的二氧化碳为52亿公吨，相比被封存在北极永久冻土带中的二氧化碳而言，这只是很小的一部分，约为其千分之三。科学家开展了多项研究，试图了解冻土中的微生物过程以及微生物活动对二氧化碳过程的影响。
据环境新闻服务网报道，11月6日发表在《自然》杂志网络版上的一项新研究公布了一种新型微生物的基因组草图，该微生物能够产生甲烷――一种比二氧化碳更强大的温室气体。这种尚未命名的微生物生活在永久冻土带中，无法在实验室中生长，是科学家利用从寒冷的土壤中分离出的基因组集合（宏基因组）“组装”而成的。组装过程遭遇的挑战类似于在大堆庞杂的拼图块中进行甄选，并最终完成一个完整的拼图。
“由于北极地区的升温幅度预计将比世界很多其他地区更为显著，永久冻土带或将成为温室气体的一个主要来源。”该研究的发起人和论文作者、劳伦斯伯克利实验室地球科学部的珍妮特·扬森（Janet Jansson）说，“通过将宏基因组学应用于研究微生物群落的组成和功能，我们可以帮助回答一些相关问题，比如那些目前居住在永久冻土带中的、未经培养和研究过的微生物物种如何循环有机碳，以及它们在解冻过程中如何释放温室气体。这将为改进碳循环模型和最终的减灾战略提供有价值的信息。”（生物谷 Bioon.com）
doi:10.1038/nature10576
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Metagenomic analysis of a permafrost microbial community reveals a rapid response to thaw
Rachel Mackelprang,Mark P. Waldrop, Kristen M. DeAngelis, Maude M. David, Krystle L. Chavarria, Steven J. Blazewicz,Edward M. Rubin& Janet K. Jansson
Permafrost contains an estimated 1672 Pg carbon (C), an amount roughly equivalent to the total currently contained within land plants and the atmosphere. This reservoir of C is vulnerable to decomposition as rising global temperatures cause the permafrost to thaw. During thaw, trapped organic matter may become more accessible for microbial degradation and result in greenhouse gas emissions. Despite recent advances in the use of molecular tools to study permafrost microbial communities, their response to thaw remains unclear. Here we use deep metagenomic sequencing to determine the impact of thaw on microbial phylogenetic and functional genes, and relate these data to measurements of methane emissions. Metagenomics, the direct sequencing of DNA from the environment, allows the examination of whole biochemical pathways and associated processes, as opposed to individual pieces of the metabolic puzzle. Our metagenome analyses reveal that during transition from a frozen to a thawed state there are rapid shifts in many microbial, phylogenetic and functional gene abundances and pathways. After one week of incubation at 5 °C, permafrost metagenomes converge to be more similar to each other than while they are frozen. We find that multiple genes involved in cycling of C and nitrogen shift rapidly during thaw. We also construct the first draft genome from a complex soil metagenome, which corresponds to a novel methanogen. Methane previously accumulated in permafrost is released during thaw and subsequently consumed by methanotrophic bacteria. Together these data point towards the importance of rapid cycling of methane and nitrogen in thawing permafrost.
