Fältforskarna som arbetar med Vanishing Glaciers-projektet är inte rädda för höjder. De klättrar till de isiga topparna i bergskedjor från Himalaya till Alperna, utrustad med flaskor, pipetter, termometrar och cylindrar med flytande kväve (som de har fått smeknamnen Dido och Fido). Deras mål är att samla in prover av mikroorganismer som lever i glaciärmatade strömmar och föra dem tillbaka till EPFL för analys av sina kollegor.

När världens glaciärer försvinner, de tar med sig välbevarade hemligheter. Glaciärsmältning är ett av de mest synliga tecknen på klimatförändringar och kommer så småningom att få glaciärmatade strömmar att torka upp – vilket förstör en viktig, unika ekosystem.

Forskare vid EPFL:s Stream Biofilm and Ecosystem Research Laboratory (SBER) arbetar hårt för att lära sig dessa hemligheter innan det är för sent. "Dessa bäckar dränerar taket på vår planet, " säger Tom Battin, chef för SBER och projektets ledande forskare. "Medan vi vet att planetens biogeokemiska cykler i allmänhet orkestreras av mikroorganismer, vi förstår ännu inte den exakta rollen av mikroorganismer som lever på hög höjd. Så det är viktigt att vi studerar deras ekosystem och kartlägger vilka konsekvenserna skulle bli om de försvann."

Sampling av det osynliga

Ute på fältet, biofilmer är det enda synliga beviset på mikroorganismerna som befolkar glaciärmatade strömmar – även om de finns där i miljarder. Biofilmer är det tunna, grönaktigt utseende, trögflytande lager som täcker bäckarnas stenar. I Arolla, i kantonen Valais, Martina Schön, en fälttekniker som arbetar med projektet, skrapar biofilmprover från en sten hon upptäckt och lägger dem försiktigt i sin ryggsäck för senare analys.

Under tiden, kollega fälttekniker Matteo Tolosano samlar sedimentprover. "Vi delade upp provtagningsarbetet så att vi kan gå snabbare framåt. Men det är en udda uppgift eftersom vi tar prov på något som i princip är osynligt, " säger han. I närheten, Vincent De Staercke står mitt i en bäck för att utföra en annan typ av fältarbete – mäta syrekoncentrationen i vattnet där prover samlades in, med hjälp av sensorer och fiberoptiska kablar anslutna till en dator. "Det är den enda levande data vi har om mikroorganismerna, " säger De Staercke. "Om syrekoncentrationen sjunker, det betyder att bakterier är närvarande eftersom de andas in det."

Andra medlemmar i projektgruppen ansvarar för att samla in prover av glaciärens avrinning och analysera dess näringsämnen och jonkoncentrationer. Detta kommer att ge en indikation på vilka förutsättningar som behövs för att bakteriepopulationer ska leva och växa. Mike Styllas, en expeditionsledare, förklarar:"Bakterier är som oss – de vill äta! Men i dessa vatten finns det inte så mycket att välja på på menyn."

Förutom att studera mikrobiellt liv, forskargruppen tittar också noga på den omgivande miljön. "Vi försöker få en detaljerad ögonblicksbild av de omgivande förhållandena, " säger Schön. "Ett sätt att göra detta är genom att mäta variabler som vattentemperatur, syrekoncentration, koldioxidnivå och pH."

Från bergstoppar till forskningslabbet

Än så länge, teamet har samlat in vatten- och sedimentprover från över 100 glaciärmatade strömmar i Nya Zeeland, Ryssland, Grönland, Ecuador, Skandinavien och Alperna. Dessa prover analyseras nu vid SBER. Hannes Peter, en forskare vid SBER, förklarar:"Dessa prover är exceptionella på grund av de extrema förhållanden de kom ifrån. Ett av de första stegen vi var tvungna att ta i det här projektet, och en av de viktigaste, var att designa våra testprotokoll för optimal effektivitet så att vi kan utföra alla analyser vi vill."

SBER-forskarna delade också upp sitt arbete för maximal effektivitet. En grupp studerar mikrobiell ekologi, det är, mikroorganismernas roll i deras livsmiljö och samhälle och hur de beter sig. "Vi tittar på faktorer relaterade till biomassan, vilket är mängden levande organismer i våra prover, säger Peter. Till exempel, vi mäter klorofyll a-koncentrationer – en indikator på alger – räknar antalet bakterieceller, och genomföra experiment på bakterieproduktion."

Tyler Kohler, en postdoc vid SBER, är ansvarig för att mäta extracellulära enzymer, som, han säger, "är bra eftersom de låter oss läsa bakteriens tankar." Dessa enzymer, även kallade exoenzymer, produceras av bakterier när en förening de behöver – som kol eller kväve – finns i deras omgivning. "Att studera exoenzymer ger oss en uppfattning om vad som hjälper bakterierna att växa och fortplanta sig, säger Kohler.

På samma gång, andra SBER-forskare sekvenserar och analyserar DNA:t som finns i proverna. De använder metagenomik för att sekvensera genomen från flera olika arter som lever i samma miljö, och för att svara på avgörande frågor som:Vad finns där? Varför? Hur? "Våra analyser kommer att berätta exakt hur olika mikrobiella samhället är i våra prover och låt oss identifiera genomen för några av dessa mikroorganismer, oavsett vilket samhälle de är i, " säger Paraskevi Pramateftaki, en teknisk expert.

Prover, berätta allt för oss

Den mängd data som genereras i detta projekt kommer att ge viktig insikt i de strategier mikrober har antagit för att överleva under sådana extrema förhållanden. Denna studie är första gången som biogeokemisk information om glaciärmatade strömmar kombineras med data om strukturen och funktionen hos de mikroorganismer som lever i dessa strömmar.

Vad har forskarna upptäckt hittills? Först, att det finns en stor och varierad mängd mikrobiellt liv i bäckarna. "Bara en tesked sediment kan innehålla upp till en miljon bakterieceller och hundratals mikrobiella arter, säger Battin.

Andra, att i stort sett samma grupper och arter av mikroorganismer kan hittas oavsett var proverna tas. Detta tyder på att mikroorganismerna har anpassat sig perfekt till sin miljö.

Och sist men inte minst, att eftersom mikroorganismerna har väldigt liten kapacitet att utvecklas under så extrema förhållanden, de har genomgått mikroevolution. Battin förklarar:"Mikroevolution har skapat en mycket specifik typ av mikrodiversitet som bara finns i dessa bakteriepopulationer. Och eftersom glaciärmiljön förändras, risken är att mikroevolutionsprocessen – och mikrodiversiteten – kommer att försvinna, tar med sig en del av planetens biologiska mångfald i större skala."

Att förstå det osynliga

Vanishing Glaciers-projektet har, som resten av planeten, drabbats av pandemin, men forskarna hoppas fortfarande kunna genomföra sina planerade expeditioner till Nepal, Centralasien, Anderna och Alaska. Sålänge, de håller fortfarande på att krossa data från prover som redan samlats in. "Vårt mål är att kunna låsa upp hemligheterna bakom mikrobiellt liv i glaciärmatade strömmar inom de närmaste åren, och att förutsäga hur strömmarna och deras mikrobiomer kommer att förändras när världens glaciärer försvinner, " säger Battin. "Med andra ord, vi vill bättre förstå det osynliga."