De University of East Anglia (UEA) leidt een baanbrekend internationaal project om het DNA van mariene microben in de Noordelijke IJszee te sequensen.

De resulterende gegevens zullen worden gebruikt om modellen te ontwikkelen om te voorspellen hoe de opwarming van de aarde de diversiteit en activiteit van microben beïnvloedt, zoals virussen, bacteriën, microalgen en schimmels, waardoor ecosysteemprocessen veranderen, inclusief het beheersen van de cyclus van belangrijke voedingsstoffen, koolstof winning en opslag, en de dynamiek van de voedselketen.

Mariene microbiële ecologie is een belangrijk onderdeel van het Arctische ecosysteem. Aangezien het noordpoolgebied drastische veranderingen ondergaat als gevolg van de opwarming van de aarde, alle ecosystemen zullen worden aangetast met onbekende gevolgen voor gevoelige levensvormen.

Arctische mariene microben en hun unieke aanpassingen worden nog lang niet begrepen vanwege de logistieke uitdagingen van toegang, en bemonstering en experimenten onder extreme polaire omstandigheden.

Ondersteund door en gebruikmakend van de expertise van het Joint Genome Institute (JGI) in de Verenigde Staten, het project wil dit aanpakken door gedurende 12 maanden wekelijks zee-ijs en onder-ijswater te bemonsteren als onderdeel van een baanbrekende expeditie. Dit houdt in dat de ijsbreker RV Polarstern wordt ingevroren in het Arctische zee-ijs en het komende jaar over de top van de Noordelijke IJszee drijft.

Het Multi-Disciplinary Drifting Observatory for the study of Arctic Climate (MOSAiC)-programma bekijkt het noordpoolgebied als het epicentrum van de opwarming van de aarde het dichtst ooit om fundamentele inzichten te verwerven die essentieel zijn voor een beter begrip van de wereldwijde klimaatverandering. Honderden wetenschappers zullen een reeks mariene, atmosferisch, zee-ijs gerelateerd onderzoek.

Thomas Mock, hoogleraar mariene microbiologie aan de UEA's School of Environmental Sciences, leidt het metagenoom en metatranscriptoom sequencing project, die het grootste aantal sequenties van een polair ecosysteem zal opleveren. Het gaat om onderzoekers uit vijf landen, waaronder collega's van het Alfred-Wegener Institute for Polar and Marine Research in Duitsland, die deel uitmaken van het MOSAiC-leiderschapsteam.

Prof Mock zei:"De Noordelijke IJszee is een van de meest onderontwikkelde omgevingen op aarde. onze kennis over de diversiteit van Arctische soorten, hun basisbiologie, en aanpassing en evolutie is zeer beperkt, vooral voor microben. Om hun reactie op toekomstige veranderingen te voorspellen, we moeten begrijpen hoe hun functionaliteit wordt beïnvloed door omgevingsvariabiliteit, inclusief de opwarming van de aarde.

"Dit project zal ons een volledig jaar lang een ongekend inzicht geven in de microbiële gemeenschappen in een gebied dat nog niet eerder in deze mate is bemonsterd, een waardevolle gegevensbron voor een wereldwijde gemeenschap van onderzoekers.

"Het is een kans om nieuwe inzichten te krijgen in het functioneren van het Noordpoolgebied in bredere zin en om ons te helpen het algehele ecologische traject van deze regio te begrijpen. We verwachten ook veel nieuwe microben te ontdekken die het vermogen hebben ontwikkeld om te gedijen in deze uitdagende omgeving."

Nigel Mouncey, JGI-directeur, zei:"Dit project is een ander project in JGI's portfolio van het onderzoeken van onderontwikkelde omgevingen om de wetenschappelijke gemeenschap te verrijken met nieuwe fundamentele ontdekkingen.

"De JGI en onze gebruikersgemeenschap erkennen al lang het nut van microben om te dienen als de spreekwoordelijke 'kanaries in de kolenmijn' - barometers om vroegtijdig te waarschuwen voor veranderingen in onze omgeving.

"Dit project bouwt voort op eerdere samenwerkingen met het laboratorium van Prof Mock, waaronder het onderzoek naar de evolutionaire genomica van de aan koude aangepaste diatomeeën, Fragilariopsis cylindrus op Antarctica. Projecten als deze zijn verrijkende databronnen voor de wereldwijde onderzoeksgemeenschap."

De drie belangrijkste omgevingen die zullen worden bemonsterd, zijn zee-ijs, onder ijswater, en smeltvijvers als ze zich in het zomerseizoen ontwikkelen. Over de periode van 12 maanden, het totale temperatuurbereik ligt naar verwachting tussen -30°C en +5°C. De lichtomstandigheden zullen zeer variabel zijn, van totale duisternis in de winter tot 24 uur licht in de zomer.

Nutriëntenconcentraties, klimaatrelevante gassen, en organische stoffen kunnen zeer variabel zijn in de Noordelijke IJszee, van niet-detecteerbaar tot bijna 100% verzadiging in afgesloten zee-ijszakken.

Als resultaat, in tegenstelling tot veel andere ecosystemen, de Noordelijke IJszee wordt gekenmerkt door aanzienlijke variaties in het milieu, mogelijk de drijvende kracht achter diverse en complexe microbiële gemeenschappen.

Toekomstige oproepen voor middelen van het DOE Joint Genome Institute zijn te vinden op https://jgi.doe.gov/user-programs/