Nieuw onderzoek onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Bristol heeft nieuwe inzichten opgeleverd in hoe de microscopisch kleine algen die gedijen langs de rand van de Groenlandse ijskap wijdverspreide verduistering veroorzaken.

Deze verdonkering is van cruciaal belang omdat donkerder ijs meer zonlicht absorbeert en sneller smelt, het versnellen van het algehele smelten van het ijs, die de grootste bijdrage levert aan de wereldwijde zeespiegelstijging.

Extremofiele microscopisch kleine algen, of zogenaamde 'gletsjeralgen', kunnen leven in de bovenste paar centimeter ijs op het oppervlak van gletsjers en ijskappen en kunnen wijdverspreide bloemen vormen tijdens het smeltseizoen in de zomer.

De bloei van gletsjeralgen op de Groenlandse ijskap is zo uitgebreid dat hun aanwezigheid in het oppervlakte-ijs verantwoordelijk wordt geacht voor de wijdverbreide verdonkering langs de westelijke rand van de ijskap, bekend als de 'donkere zone' die de afgelopen twee decennia in satellietwaarnemingen is verschenen .

Het verband tussen verdonkering van de ijskap en de bloei van gletsjeralgen was al ondersteund door modellering en veldwaarnemingen, maar het is nog steeds niet precies bekend hoe of waarom de algen wijdverspreide verduistering veroorzaken.

Met behulp van gedetailleerde veldwaarnemingen, bemonstering, experimenteren en modelleren, het door Bristol geleide team, als onderdeel van het door NERC gefinancierde Black and Bloom Project, hebben aangetoond hoe gletsjeralgen de energie in hun cellen reguleren om hun vereisten voor fotosynthese en groei in evenwicht te brengen met de extreme licht- en temperatuuromgeving van de Groenlandse ijskap en hoe ze zijn geoptimaliseerd om het ijs donkerder te maken en te smelten.

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences , onthult hoe gletsjeralgen een uniek fenolisch 'zonnebrandmiddel'-pigment produceren met 11 keer de celinhoud van chlorofyl-a (normaal gesproken het meest voorkomende pigment in groene microalgen).

Dit fenolische pigment dient om het meeste intense zonlicht dat de algen ontvangen op het oppervlak van de ijskap te vangen en te absorberen, de chloroplasten van de algen beschermen, die zich bevinden onder vacuolen gevuld met dit pigment, tegen overmatige UV- en zichtbare straling.

De energie die door dit zonnebrandpigment wordt geabsorbeerd, is vervolgens beschikbaar voor de cel als warmte voor het genereren van smelt - een ongelooflijk slim mechanisme voor algen die in een ijzige wereld leven, waar toegang tot vloeibaar water een grote beperking is voor groei en overleving.

Deze pigmentatie beschermt cellen tegen overmatig zonlicht, maar benut ook de energie voor het genereren van smelt in de buurt van de cel, toegang tot vloeibaar water en opgeloste voedingsstoffen die essentieel zijn voor het leven.

Helaas, deze zware productie van pigment is ook een van de redenen waarom de Groenlandse ijskap zo aanzienlijk donkerder wordt tijdens de smeltseizoenen in de zomer, wanneer gletsjeralgen een overvloed aan bloei bereiken (ongeveer 10, 000 cellen per milliliter smeltwater) in oppervlakte-ijs, waardoor de oppervlaktesmelt met ongeveer tien procent toeneemt.

De hoofdauteur van de studie, Dr. Chris Williamson van het Bristol Glaciology Centre en de School of Geographical Sciences van de Universiteit van Bristol, zei:"Permanent koude ecosystemen vormen meer dan 70 procent van de biosfeer van de aarde, hoewel we heel weinig weten over de micro-organismen die in deze extreme omgevingen kunnen gedijen.

"Ons werk heeft nieuwe inzichten opgeleverd in de ecologie en fysiologie van extremofiele microalgen die leven op het oppervlak van gletsjers en ijskappen, laten zien hoe het leven kan gedijen in deze extreem ijzige omgevingen.

"Dit werk heeft belangrijke toegepaste toepassingen voor studies van de massabalans (smelt versus groei) van gletsjer- en ijskapsystemen, waardoor de opname van dergelijke 'biologische albedo'-effecten in berekeningen van ijskapoppervlakreflectie (donker worden) en smelten."

Na het kwantificeren van de volledige reeks pigmenten geproduceerd door gletsjeralgen en het modelleren van hun groei op het oppervlak van het oppervlak van de Groenlandse ijskap, de volgende stap van het team is om al deze 'biologische effecten' op te nemen in grotere modellen van de massabalans van de Groenlandse ijskap om hun algehele bijdrage aan het smelten van de ijskap en de wereldwijde zeespiegelstijging te voorspellen.