Internationalt projekt har til formål at sekventere det arktiske oceans DNA

University of East Anglia (UEA) leder et banebrydende internationalt projekt for at sekvensere marine mikrobernes DNA i Ishavet.

De resulterende data vil blive brugt til at udvikle modeller til at forudsige, hvordan global opvarmning påvirker mangfoldigheden og aktiviteten af ​​mikrober – såsom vira, bakterie, mikroalger og svampe - derved ændrer økosystemprocesser, herunder kontrol af kredsløbet af vigtige næringsstoffer, kulstofopsamling og -lagring, og fødekædens dynamik.

Marine mikrobiel økologi er en nøglekomponent i det arktiske økosystem. Da Arktis undergår drastiske ændringer på grund af den globale opvarmning, alle økosystemer vil blive påvirket med ukendte konsekvenser for følsomme livsformer.

Arktiske marine mikrober og deres unikke tilpasninger er langt fra at blive forstået på grund af de logistiske udfordringer ved adgang, og prøveudtagning og eksperimentering under ekstreme polære forhold.

Understøttet af og udnyttet ekspertisen fra Joint Genome Institute (JGI) i USA, projektet sigter mod at løse dette ved at prøveudtagning af havis og underisvand på ugentlig basis i 12 måneder som en del af en banebrydende ekspedition. Dette indebærer, at isbryderen RV Polarstern fryses ind i den arktiske havis og driver hen over toppen af ​​det arktiske hav i løbet af det næste år.

Programmet Multi-Disciplinary Drifting Observatory for the study of Arctic Climate (MOSAiC)-programmet kigger nærmest nogensinde på Arktis som epicentret for global opvarmning for at få grundlæggende indsigt, der er nøglen til en bedre forståelse af globale klimaændringer. Hundredvis af forskere vil udføre en række marine, atmosfærisk, havisrelateret forskning.

Thomas Mock, professor i marin mikrobiologi ved UEA's School of Environmental Sciences, leder metagenom- og metatranskriptom-sekventeringsprojektet, som vil levere det største antal sekvenser fra et polært økosystem. Det involverer forskere fra fem lande, herunder kolleger ved Alfred-Wegener Instituttet for Polar- og Havforskning i Tyskland, der er en del af MOSAiC -lederholdet.

Prof Mock sagde:"Det arktiske hav er et af de mest underudforskede miljøer på Jorden. Følgelig, vores viden om mangfoldigheden af ​​arktiske arter, deres grundlæggende biologi, og tilpasning og evolution er meget begrænset, især for mikrober. For at forudsige deres reaktion på fremtidige ændringer, vi er nødt til at forstå, hvordan deres funktionalitet påvirkes af miljøvariationer, herunder global opvarmning.

"Dette projekt vil give os en hidtil uset indsigt over et helt år i de mikrobielle samfund i et område, der ikke er blevet udtaget i dette omfang før, at levere en værdifuld dataressource til et globalt forskersamfund.

"Det er mulighed for at få ny indsigt i, hvordan Arktis fungerer mere bredt og at hjælpe os med at forstå den overordnede økologiske bane i denne region. Vi forventer også at opdage mange nye mikrober, der har udviklet en evne til at trives i dette udfordrende miljø."

Nigel Mouncey, JGI direktør, sagde:"Dette projekt er et andet i JGIs portefølje af undersøgelse af uudforskede miljøer for at berige det videnskabelige samfund med nye grundlæggende opdagelser.

"JGI og vores brugerfællesskab har længe anerkendt nytten af ​​mikrober til at tjene som de velkendte 'kanariefugle i kulminen' - barometre til at give tidlig advarsel om ændringer i vores miljø.

"Dette projekt bygger på tidligere samarbejder med Prof Mocks laboratorium, herunder undersøgelsen af ​​den evolutionære genomik af den koldtilpassede kiselalger, Fragilariopsis cylindrus i Antarktis. Projekter som disse repræsenterer berigende dataressourcer for det verdensomspændende forskningssamfund. "

De tre hovedmiljøer, der vil blive prøvet, er havis, under isvand, og smeltedamme, som de udvikler sig i sommersæsonen. I løbet af 12-måneders perioden det overordnede temperaturområde forventes at være mellem -30°C til +5°C. Lysforholdene vil variere meget fra totalt mørke om vinteren til 24 timers lys om sommeren.

Næringsstofkoncentrationer, klimarelevante gasser, og organiske stoffer kan være meget variable i Ishavet, fra uopdagelig til næsten 100 % mætning inde i lukkede havislommer.

Som resultat, i modsætning til mange andre økosystemer, Det arktiske hav er karakteriseret ved betydelig miljømæssig variation, potentielt driver forskellige og komplekse mikrobielle samfund.

Fremtidige opfordringer til DOE Joint Genome Institute-ressourcer kan findes på https://jgi.doe.gov/user-programs/