Lite är känt om djuphavsmiljöer. Men forskare som fokuserar på djupen av Nordatlanten lär sig nu mer om deras ekosystem – inklusive rollen av stora havssvampmarker – och hur man skyddar dem mot effekterna av klimatförändringar och industri.

Djuphavssvampar – vattenlevande ryggradslösa djur som tillbringar sina liv fästa vid havsbotten och som finns i nästan alla delar av djuphavet – har blivit särskilt försummade när det gäller forskning och bevarande. Men de är en viktig komponent i deras ekosystem.

"Med tanke på deras enorma filtreringskapacitet och deras uttalade roll i att pumpa och rena havet, svampmarker har en effekt på havets hälsa, " sa professor Hans Tore Rapp från universitetet i Bergen i Norge.

Men att studera svampar är inte lätt. Hittas på djup upp till 4, 000 meter, svampar är svåra att komma åt och de flesta klarar inte av exponering för luft vilket gör det svårt att genomföra laboratorieexperiment.

Att skilja arter åt är också svårt eftersom många har begränsade särskiljande egenskaper. "Nuförtiden har en kombination av morfologisk information och DNA gjort saker lite lättare men det är fortfarande en utmanande och mycket tidskrävande uppgift, " sade prof. Rapp.

Professor Rapp och hans kollegor identifierar olika arter för ett omfattande projekt som kallas SponGES. Forskarna undersöker svamparnas ekologiska funktioner, hur dessa djur kan användas inom bioteknik samt deras ekosystems motståndskraft.

"Vi kommer att använda modelleringsverktyg för att se in i framtiden, för att se hur dessa svampmarker kommer att påverkas av klimatförändringar eller någon form av stressfaktorer, " sade prof. Rapp.

Svampgenom

Än så länge, forskarna har upptäckt mer än 30 nya arter av svampar och producerat de största svampgenomiska datauppsättningarna någonsin, som ska avslöja hur olika arter och populationer är släkt. De utförde också experiment i labbet för att undersöka deras ekosystemfunktioner, som hur de absorberar och omvandlar kol och oorganiska näringsämnen som kväve och fosfor till näring för resten av livsmiljön.

Nu genomför de experiment på havsbotten. "(Vi) tittar på svampar i orörda områden och jämför sedan hur de fungerar i områden som är mer påverkade, oavsett om det är från olja och gas eller gruvdrift, " sade prof. Rapp.

Projektet tar också ett nytt förhållningssätt till läkemedelsupptäckt. De kemikalier som svampar använder för att försvara sig kan potentiellt användas för att behandla cancer och infektionssjukdomar.

Svampar mals vanligtvis upp och testas för att identifiera föreningar som kan användas för att utveckla läkemedel. Projektet, dock, försöker ta reda på generna som är involverade i att tillverka dessa föreningar så att de på ett hållbart sätt kan producera dem i labbet.

"Vi har redan identifierat några av gensekvenserna som är relaterade till produktionen av anti-cancerföreningar, " sa Dr Shirley Pomponi från Florida Atlantic University i USA och Wageningen University i Nederländerna, som leder projektets bioteknikgren.

Dr. Pomponi och hennes projektkollegor är också ett steg närmare att skapa benimplantat som använder sig av svamparkitektur. Svampar producerar mikroskopiska skelettelement, eller spicules, gjorda av biosilica som är byggstenarna i deras strukturer. Biosilica har visat sig inducera benbildande celler att producera mer ben. Forskarna hoppas därför kunna göra implantatställningar med benbildande celler.

De fick ett genombrott genom att skapa en cellinje i labbet från djuphavssvampceller, vilket Dr. Pomponi hävdar är första gången detta har gjorts för några marina ryggradslösa djur.

Dr. Pomponi säger att cellinjerna är spännande eftersom de kommer att göra det möjligt för forskarna att studera hur svampar producerar sina skelett såväl som sina defensiva kemikalier. Teamet fokuserar på hur man producerar biosilica och dessa kemikalier i vävnadskultur, hon säger.

Utrotningshotad

Resultaten från projektet uppmärksammas redan av beslutsfattare också. Svampmarker har nu tagits upp på den norska rödlistan för hotade livsmiljöer, till exempel.

"Vi bidrar nu också till att få in svampjord i förvaltningsplanen för Nordens hav, " sade prof. Rapp.

Förutom svampar, andra delar av djupa nordatlantiska ekosystem måste förstås bättre. För att ta itu med detta, ett projekt kallat ATLAS genomför den största bedömningen av området hittills.

Den djupa Atlanten är hem för ett antal sårbara ekosystem, säger professor Murray Roberts från University of Edinburgh i Storbritannien, projektkoordinatorn.

"Vi måste förstå korallerna, svamparna, musslorna, vi måste förstå sjöbergen, " han sa.

"Och kritiskt måste vi förstå hur industrin redan är aktiv inom dessa områden, och föreslår att dess verksamhet utökas, kan påverka dessa system."

Projektet övervakar djuphavet med hjälp av klimatövervakningsinstrument, tillsammans med ny utrustning som sensormatriser för att mäta koldioxid och surhet för att ge regelbundna avläsningar för första gången som kommer att göras allmänt tillgängliga.

Den nya informationen kommer att hjälpa till att bättre förstå havets fysik såsom cirkulationsmönster, till exempel, så att förändringar kan förutsägas.

Projektet har publicerat 49 vetenskapliga artiklar, avslöjande, till exempel, hur koraller på havsbotten får näring i en miljö där det finns lite mat tillgänglig.

Simuleringar visade att vattenströmmar interagerar med korallhögar, som kan bli hundratals meter höga för att dra ner organiskt material till dem från ytan.

"Det är ett fantastiskt exempel på ekosystemteknik i en skala som vi aldrig riktigt sett förut, " sa Prof. Roberts. Forskarna kommer att följa upp genom att göra mätningar i fält för att se om de håller med deras modell.

Fiske

En annan aspekt av projektet innebär att sammanföra olika sektorer som använder havet, såsom fiske- och olje- och gasbolag, att planera ut det marina rymden på ett mer hållbart sätt. "Det är som stadsplanering i en mening för haven, " sa prof. Roberts.

Teamets mål är att se till att havsaktiviteter är hållbara och att ekosystem bevaras.

De har arbetat med multinationella olje- och gasbolag, till exempel, att bedöma de områden där de verkar, där det finns sårbara ekosystem som svampmarker och korallrev. Klimatförändringarnas effekter måste också tas upp.

"Med uppvärmning av Atlanten och gradvis försurning, områden som har skyddats kommer att sluta som olämpliga för just de saker som de har stängts för att skydda, " sa prof. Roberts.

Baserat på vetenskapliga rön från projektet, teamet planerar att ta fram förvaltningsstrategier för sektorer som djuphavsgruvor och förnybar energi där tillväxt förväntas. Teamet utvecklade också nya modeller som visar utbredningen av djupa atlantiska arter som kommer att ge en bra utgångspunkt.

"Vi har en mycket bättre förståelse för hur troligt det är att sårbara arter förekommer i områden som industrier vill utnyttja, " sa prof. Roberts. "Vi tar (nu) in det i industrin och politiken."

Svampar:överlevande från havet

Naturforskare från 1500-talet ansåg att havssvampar var växter, de är faktiskt djur som lever fästa vid ytor i tidvattenzoner eller områden så djupa som 8, 500 meter.

Havssvampar är filtermatare som kan överleva under långa perioder utan mat, som under de ljuslösa polarvintrarna. Vissa svampar kan också leva i hundratals år. Ett exemplar storleken på en minivan, tros vara århundraden till årtusenden gammal, upptäcktes 2, 100 meter under havsytan på Hawaii 2016.

Svampceller är som stamceller - svampar kan regenerera en hel kropp från bara en cell. Svampar själva har inga inre organ. Istället, hela kroppen bearbetar syre och näringsämnen.

De flesta svampar matar och andas genom att extrahera näringsämnen och syre som flyter i vattnet . Vatten kommer in i en svamps porer och passerar genom de invecklade kanalerna och kamrarna som bildar dess kropp. Speciella celler som kantar insidan av en svamps kropp fångar upp matpartiklar och håller vattnet ständigt i cirkulation.

Cirka 140 arter av kända svampar – de flesta av dem djuphavsbor – är köttätande. De fångar små kräftdjur och larver med mikroskopiska krokar och smälter dem – cell för cell – under flera dagar.