Neuer Datensatz enthüllt biologischen „Schatz“ im Arktischen Ozean

Ein großes neues Projekt wird dabei helfen, Veränderungen in der Biodiversität im Arktischen Ozean zu bewerten und Schutzbemühungen zu lenken, indem einzigartige Arten identifiziert und ihr Aussterberisiko bewertet werden.

Der von einem internationalen Team von Wissenschaftlern unter der gemeinsamen Leitung der University of East Anglia (UEA) im Vereinigten Königreich und des Helmholtz-Zentrums am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Deutschland entwickelte Datensatz The EcoOmics wird ebenfalls Unterstützung der Bioprospektion, um den Mangel an Antibiotika und antiviralen Medikamenten zu beheben und Beweise für neue Biologie zu enthüllen, die unser Verständnis der Evolution des Lebens auf der Erde beeinflussen könnten.

Das Team, dem Forscher der Deutschen Helmholtz-Gemeinschaft, der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), des Joint Genome Institute (JGI, USA) und des Earlham Institute (UK) sowie mehrere andere Institutionen angehören, diskutiert die Initiative und erste Ergebnisse im Tagebuch PLOS-Biologie, heute veröffentlicht.

EcoOmics – der erste große Satz von „Omics“-Daten oder genomischen Sequenzen für ein polares Ökosystem – enthüllt ein Jahr im biologischen Leben des zentralen Arktischen Ozeans mit einem Schwerpunkt auf Mikrobiomen, Gemeinschaften von Mikroorganismen, die in einem Lebensraum zusammenleben.

Arktische Ökosysteme gehören zu den am stärksten von der globalen Erwärmung betroffenen und der Arktische Ozean dient als Indikator für die Folgen des Klimawandels sowie für den Fortbestand der Artenvielfalt auf unserem Planeten.

Aufgrund logistischer und zugänglicher Probleme bleibt die Arktis, insbesondere der zentrale Arktische Ozean, eine der am wenigsten verstandenen Umgebungen.

Die Arbeit des EcoOmics-Teams zielt darauf ab, dieses Problem zu lösen, indem es der wissenschaftlichen Gemeinschaft eine „offen zugängliche“ genomische Ressource zur Verfügung stellt. Es verwendet Daten aus Proben, die während des bahnbrechenden Programms Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of the Arctic Climate (MOSAiC) gesammelt wurden, das von September 2019 bis Oktober 2020 lief.

Bei der größten Polarexpedition der Geschichte sah sie das Forschungsschiff FS Polarstern im arktischen Packeis eingefroren und auf dem Arktischen Ozean treiben. Hunderte von Wissenschaftlern haben eine Reihe von koordinierten marinen, atmosphärischen, Meereis- und anderen Forschungsarbeiten durchgeführt, die darauf abzielen, unser Verständnis der Rolle des Arktischen Ozeans in Klimaprozessen zu verbessern.

Professor Thomas Mock von der School of Environmental Sciences der UEA leitet gemeinsam mit Dr. Katja Metfies vom AWI das EcoOmics-Projekt.

“Dies ist der erste und größte Versuch, den zentralen Arktischen Ozean durch Raum und Zeit zu sequenzieren”, sagte Prof. Mock. „Es liefert den ersten Beweis für eine neue Biologie, weil die Arbeit in einem Bereich durchgeführt wurde, der noch nie zuvor mit der Multiomics-Technologie untersucht wurde, d Arktischer Ozean.”

Dr. Metfies sagte: „Dieser Datensatz wird uns einen beispiellosen Einblick in die Bedeutung des Meereises und seiner assoziierten Organismen für die Aufrechterhaltung der Funktionalität und der Leistungen des arktischen Meeresökosystems geben, das unter dem Druck des drastischen Klimawandels steht.

“MOSAiC gibt uns wichtige Einblicke in die Zukunft der arktischen Ökosysteme nach 2050, wenn der Arktische Ozean voraussichtlich im Sommer eisfrei sein wird. Dieser integrative wissenschaftliche Ansatz ist für die Polarmeere beispiellos, aber er ist erforderlich, um unsere Prognosen zu verbessern Interaktionsreaktionen der Arten auf den Klimawandel in der Arktis.

Insbesondere Meeresmikroben in Meereis und Meerwasser sind ein Eckpfeiler dieses Ökosystems und spielen eine zentrale Rolle bei Klimarückkopplungen und bei der Aufrechterhaltung von Nahrungsnetzen, die für die Erhaltung und Dienstleistungen von Ökosystemen wie der Bereitstellung von Lebensraum für Arten, einschließlich der Fischerei, von wesentlicher Bedeutung sind . Mikroben dienen aufgrund ihrer schnellen Anpassungsreaktion auf Umweltveränderungen auch als biologische Indikatoren.

Die ersten Ergebnisse der MOSAiC-EcoOmics-Gruppe liefern den ersten Beweis für das Habitat-Screening im Arktischen Ozean, das den Prozess beschreibt, durch den Habitatmerkmale für sie geeignete Arten auswählen. Darüber hinaus ist der zentrale Arktische Ozean eine „Schatzkiste“ für die Entdeckung neuer Biologie, die sich möglicherweise aufgrund der Anpassungsprozesse entwickelt hat, die erforderlich sind, um in dieser rauen und wenig erforschten Umgebung zu gedeihen.

“MOSAiC EcoOmics ist gut positioniert, um das umfassendste und integrativste genetische und genomische Inventar aller polaren Ökosysteme auf der Erde zu erstellen”, sagte Professor Mock. „EcoOmics wird zu Umweltschutzbemühungen beitragen und grundlegende Fragen der Biologie erweitern, einschließlich der Evolution des Lebens auf dem Planeten Erde, die unvollständig bleibt, wenn polare Organismen nicht berücksichtigt werden.

„Diese Organismen sind aufgrund ihrer einzigartigen Anpassung wahrscheinlich eine Fundgrube für die Entdeckung neuer Biologie. Wie unser Verständnis der globalen Biodiversität durch die neue Polarbiologie beeinflusst wird, bleibt abzuwarten, aber unser vorläufiges Wissen ist sehr vielversprechend.

“Multiomics in the Central Arctic Ocean for Comparative Analysis of Biodiversity Changes” ist erschienen in PLOS-Biologie am 17. Oktober 2022.