Er is weinig bekend over diepe oceaanomgevingen. Maar wetenschappers die zich richten op de diepten van de Noord-Atlantische Oceaan leren nu meer over hun ecosystemen - inclusief de rol van uitgestrekte zeesponsgronden - en hoe ze te beschermen tegen de effecten van klimaatverandering en industrie.

Diepzeesponzen - ongewervelde waterdieren die hun hele leven aan de zeebodem vastzitten en in bijna alle delen van de diepe oceaan worden aangetroffen - zijn bijzonder verwaarloosd als het gaat om onderzoek en instandhouding. Maar ze zijn een belangrijk onderdeel van hun ecosystemen.

"Gezien hun enorme filtercapaciteit en hun uitgesproken rol bij het oppompen en reinigen van de oceaan, sponsgronden hebben een effect op de gezondheid van de oceaan, " zei professor Hans Tore Rapp van de Universiteit van Bergen in Noorwegen.

Maar het bestuderen van sponzen is niet eenvoudig. Gevonden op diepten tot 4, 000 meter, sponzen zijn moeilijk toegankelijk en de meeste kunnen blootstelling aan lucht niet aan, waardoor het moeilijk is om laboratoriumexperimenten uit te voeren.

Het is ook lastig om soorten uit elkaar te houden, omdat veel soorten beperkte onderscheidende kenmerken hebben. "Tegenwoordig heeft een combinatie van morfologische informatie en DNA dingen een beetje gemakkelijker gemaakt, maar het is nog steeds een uitdagende en zeer tijdrovende taak, " zei prof. Rapp.

Professor Rapp en zijn collega's identificeren verschillende soorten voor een uitgebreid project genaamd SponGES. De wetenschappers onderzoeken de ecologische functies van sponzen, hoe deze dieren kunnen worden gebruikt in de biotechnologie en de veerkracht van hun ecosystemen.

"We zullen modelleringstools gebruiken om in de toekomst te kijken, om te zien hoe deze sponsgronden zullen worden beïnvloed door klimaatverandering of enige vorm van stress, " zei prof. Rapp.

Spons genomen

Tot dusver, de wetenschappers hebben meer dan 30 nieuwe soorten sponzen ontdekt en de grootste genomische gegevenssets ooit geproduceerd, die zou moeten onthullen hoe verschillende soorten en populaties verwant zijn. Ze voerden ook experimenten uit in het laboratorium om hun ecosysteemfuncties te onderzoeken, zoals hoe ze koolstof en anorganische voedingsstoffen zoals stikstof en fosfor absorberen en omzetten in voeding voor de rest van het leefgebied.

Nu doen ze experimenten op de zeebodem. '(We) kijken naar sponzen in ongerepte gebieden en vergelijken vervolgens hoe ze functioneren in gebieden die meer worden beïnvloed, of het nu uit olie en gas of mijnbouw komt, " zei prof. Rapp.

Het project kiest ook voor een nieuwe benadering van het ontdekken van geneesmiddelen. De chemicaliën die sponzen gebruiken om zichzelf te verdedigen, kunnen mogelijk worden gebruikt om kanker en infectieziekten te behandelen.

Sponzen worden meestal vermalen en getest om verbindingen te identificeren die kunnen worden gebruikt om medicijnen te ontwikkelen. Het project, echter, probeert in te zoomen op de genen die betrokken zijn bij het maken van deze verbindingen, zodat het ze duurzaam kan produceren in het laboratorium.

"We hebben al enkele van de gensequenties geïdentificeerd die verband houden met de productie van antikankerverbindingen, " zei Dr. Shirley Pomponi van Florida Atlantic University in de VS en Wageningen University in Nederland, die de biotechnologische tak van het project leidt.

Dr. Pomponi en haar projectcollega's zijn ook een stap dichter bij het creëren van botimplantaten die gebruik maken van sponsarchitectuur. Sponzen produceren microscopisch kleine skeletelementen, of kruiden, gemaakt van biosilica, de bouwstenen van hun structuren. Van biosilica is gevonden dat het botvormende cellen ertoe aanzet meer bot te produceren. De wetenschappers hopen daarom implantaatsteigers te maken met botvormende cellen.

Ze bereikten een doorbraak door in het laboratorium een ​​cellijn te maken van diepzeesponscellen, waarvan Dr. Pomponi beweert dat dit de eerste keer is dat dit is gedaan voor ongewervelde zeedieren.

Dr. Pomponi zegt dat de cellijnen opwindend zijn omdat ze de wetenschappers in staat zullen stellen te bestuderen hoe sponzen hun skeletten produceren, evenals hun defensieve chemicaliën. Het team richt zich op de productie van biosilica en deze chemicaliën in weefselkweek, ze zegt.

bedreigd

De resultaten van het project worden ook al erkend door beleidsmakers. Sponsgronden zijn nu opgenomen in de Noorse Rode Lijst voor bedreigde habitats, bijvoorbeeld.

"We dragen nu ook bij aan het opnemen van sponsgronden in het beheersplan voor de Noordse Zeeën, " zei prof. Rapp.

Naast sponzen, andere elementen van diepe ecosystemen in de Noord-Atlantische Oceaan moeten beter worden begrepen. Om dit aan te pakken, een project genaamd ATLAS voert de grootste evaluatie van het gebied tot nu toe uit.

De diepe Atlantische Oceaan herbergt een aantal kwetsbare ecosystemen, zegt professor Murray Roberts van de Universiteit van Edinburgh in het VK, de projectcoördinator.

"We moeten de koralen begrijpen, de sponzen, de mosselen, we moeten de zeebodems begrijpen, " hij zei.

"En het is van cruciaal belang om te begrijpen hoe de industrie al op deze gebieden actief is, en voorstelt haar activiteiten uit te breiden, zou deze systemen kunnen beïnvloeden."

Het project monitort de diepe oceaan met behulp van instrumenten voor klimaatmonitoring, samen met nieuwe apparatuur zoals sensorarrays om kooldioxide en zuurgraad te meten om voor het eerst regelmatige metingen te leveren die openbaar beschikbaar zullen worden gemaakt.

De nieuwe informatie zal helpen om de fysica van de oceaan beter te begrijpen, zoals circulatiepatronen, bijvoorbeeld, zodat veranderingen kunnen worden voorspeld.

Het project heeft 49 wetenschappelijke artikelen gepubliceerd, onthullend, bijvoorbeeld, hoe koralen op de zeebodem worden gevoed in een omgeving waar weinig voedsel beschikbaar is.

Simulaties toonden aan dat waterstromingen interageren met koraalheuvels, die honderden meters hoog kunnen worden om organisch materiaal vanaf het oppervlak naar zich toe te trekken.

"Het is een geweldig voorbeeld van ecosysteem-engineering op een schaal die we nog nooit eerder hebben gezien, " zei prof. Roberts. De wetenschappers zullen volgen door metingen in het veld te doen om te zien of ze het eens zijn met hun model.

Visserij

Een ander aspect van het project is het samenbrengen van verschillende sectoren die gebruik maken van de oceaan, zoals visserij en olie- en gasbedrijven, om de mariene ruimte op een duurzamere manier te plannen. "Het is als stadsplanning in zekere zin voor de oceanen, " zei prof. Roberts.

Het doel van het team is ervoor te zorgen dat oceaanactiviteiten duurzaam zijn en dat ecosystemen behouden blijven.

Ze hebben samengewerkt met multinationale olie- en gasbedrijven, bijvoorbeeld, om de gebieden waarin ze actief zijn te beoordelen, waar sprake is van kwetsbare ecosystemen zoals sponzen en koraalriffen. Ook de gevolgen van klimaatverandering moeten worden aangepakt.

"Met opwarming van de Atlantische Oceaan en geleidelijke verzuring, gebieden die zijn beschermd, zullen uiteindelijk ongeschikt worden voor de dingen waarvoor ze zijn gesloten om te beschermen, " zei prof. Roberts.

Op basis van wetenschappelijke bevindingen van het project, het team is van plan om beheerstrategieën te bedenken voor sectoren zoals diepzeemijnbouw en hernieuwbare energie waar groei wordt voorspeld. Het team heeft ook nieuwe modellen ontwikkeld die de verspreiding van diep Atlantische soorten laten zien, wat een goed uitgangspunt zal zijn.

"We hebben een veel beter begrip van hoe waarschijnlijk het is dat kwetsbare soorten voorkomen in gebieden die industrieën willen exploiteren, " zei Prof. Roberts. "We nemen dat (nu) mee in de industrie en het beleid."

Sponzen:overlevenden van de zee

Zestiende-eeuwse natuuronderzoekers beschouwden zeesponzen als planten, het zijn eigenlijk dieren die vastzitten aan oppervlakken in getijdenzones of gebieden zo diep als 8, 500 meter.

Zeesponzen zijn filtervoeders die lange tijd zonder voedsel kunnen, zoals tijdens de lichtloze poolwinters. Sommige sponzen kunnen ook honderden jaren leven. Een exemplaar ter grootte van een minivan, vermoedelijk eeuwen tot millennia oud, werd ontdekt 2, 100 meter onder het oceaanoppervlak in Hawaii in 2016.

Sponscellen zijn als stamcellen - sponzen kunnen een heel lichaam uit slechts één cel regenereren. Sponzen zelf hebben geen inwendige organen. In plaats daarvan, hun hele lichaam verwerkt zuurstof en voedingsstoffen.

De meeste sponzen voeden en ademen door voedingsstoffen en zuurstof te onttrekken die in het water drijven . Water komt de poriën van een spons binnen en gaat door de ingewikkelde kanalen en kamers die zijn lichaam vormen. Speciale cellen aan de binnenkant van het lichaam van een spons vangen voedseldeeltjes op en zorgen ervoor dat het water constant blijft circuleren.

Ongeveer 140 soorten bekende sponzen - de meeste van hen diepzeebewoners - zijn vleesetend. Ze vangen kleine schaaldieren en larven met microscopisch kleine haken en verteren ze cel voor cel gedurende meerdere dagen.