University of East Anglia (UEA) leder ett banbrytande internationellt projekt för att sekvensera DNA från marina mikrober i Ishavet.

Resultaten kommer att användas för att utveckla modeller för att förutsäga hur den globala uppvärmningen påverkar mångfalden och aktiviteten hos mikrober – som virus, bakterie, mikroalger och svampar – och förändrar därmed ekosystemprocesser, inklusive att kontrollera cykeln av viktiga näringsämnen, kolavskiljning och lagring, och näringskedjans dynamik.

Marin mikrobiell ekologi är en nyckelkomponent i det arktiska ekosystemet. Eftersom Arktis genomgår drastiska förändringar på grund av den globala uppvärmningen, alla ekosystem kommer att påverkas med okända konsekvenser för känsliga livsformer.

Arktiska marina mikrober och deras unika anpassningar är långt ifrån förstådda på grund av de logistiska utmaningarna med tillgång, och provtagning och experiment under extrema polära förhållanden.

Med stöd av och med hjälp av expertis från Joint Genome Institute (JGI) i USA, projektet syftar till att ta itu med detta genom att ta prover på havsis och underisvatten på veckobasis under 12 månader som en del av en banbrytande expedition. Detta innebär att isbrytaren RV Polarstern fryses in i den arktiska havsisen och driver över Ishavets topp under nästa år.

Programmet Multi-Disciplinary drifting Observatory for the study of Arctic Climate (MOSAiC)-programmet tittar närmast på Arktis som epicentrum för global uppvärmning för att få grundläggande insikter som är nyckeln till en bättre förståelse av globala klimatförändringar. Hundratals forskare kommer att utföra en rad marina, atmosfärisk, havsisrelaterad forskning.

Thomas Mock, professor i marin mikrobiologi vid UEA:s School of Environmental Sciences, leder metagenom- och metatranskriptomsekvenseringsprojektet, som kommer att ge det största antalet sekvenser från ett polärt ekosystem. Det involverar forskare från fem länder, inklusive kollegor vid Alfred-Wegener Institute for Polar and Marine Research i Tyskland, som ingår i MOSAiC:s ledningsgrupp.

Prof Mock sa:"Ishavet är en av de mest underutforskade miljöerna på jorden. Följaktligen, vår kunskap om mångfalden av arktiska arter, deras grundläggande biologi, och anpassning och evolution är mycket begränsad, speciellt för mikrober. För att förutsäga deras svar på framtida förändringar, vi måste förstå hur deras funktionalitet påverkas av miljövariationer inklusive global uppvärmning.

"Detta projekt kommer att ge oss en aldrig tidigare skådad inblick över ett helt år i de mikrobiella samhällena i ett område som inte har provtagits i denna omfattning tidigare, tillhandahålla en värdefull dataresurs för ett globalt forskarsamhälle.

"Det är en möjlighet att få nya insikter om hur Arktis fungerar mer allmänt och att hjälpa oss förstå den övergripande ekologiska banan för denna region. Vi förväntar oss också att upptäcka många nya mikrober som har utvecklat en förmåga att frodas i denna utmanande miljö."

Nigel Mouncey, JGI-direktör, sa:"Detta projekt är ytterligare ett i JGI:s portfölj av kartläggning av underutforskade miljöer för att berika det vetenskapliga samfundet med nya grundläggande upptäckter.

"JGI och vår användargemenskap har länge erkänt nyttan av mikrober för att fungera som "kanarieöarna i kolgruvan" - barometrar för att ge tidig varning om förändringar i vår miljö.

"Detta projekt bygger på tidigare samarbeten med Prof Mocks labb, inklusive undersökningen av den evolutionära genomiken av den kylanpassade kiselalgen, Fragilariopsis cylindrus i Antarktis. Projekt som dessa representerar berikande dataresurser för det världsomspännande forskarsamhället."

De tre huvudmiljöerna som kommer att provtas är havsis, under isvatten, och smältdammar när de utvecklas under sommarsäsongen. Under 12-månadersperioden, det totala temperaturintervallet förväntas ligga mellan -30 ° C till +5 ° C. Ljusförhållandena kommer att variera mycket från totalt mörker på vintern till 24 timmars ljus på sommaren.

Näringsämneskoncentrationer, klimatrelevanta gaser, och organiska ämnen kan vara mycket varierande i Ishavet, från oupptäckbar till nästan 100 % mättnad inuti slutna havsisfickor.

Som ett resultat, till skillnad från många andra ekosystem, Ishavet kännetecknas av betydande miljövariationer, potentiellt driver olika och komplexa mikrobiella samhällen.

Framtida utlysningar för DOE Joint Genome Institute-resurser finns på https://jgi.doe.gov/user-programs/