Neuer Datensatz enthüllt biologische „Schatztruhe“ im Arktischen Ozean

Ein großes neues Projekt wird dazu beitragen, die Veränderung der biologischen Vielfalt im Arktischen Ozean zu messen und die Bemühungen zum Schutz der Natur zu lenken, indem einzigartige Arten identifiziert und ihr Aussterberisiko bewertet werden.

Der EcoOmics-Datensatz, der von einem internationalen Team von Wissenschaftlern unter gemeinsamer Leitung der University of East Anglia (UEA) im Vereinigten Königreich und des Alfred-Wegener-Instituts Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Deutschland entwickelt wurde, wird die Bioprospektion ebenfalls unterstützen um den Mangel an Antibiotika und antiviralen Medikamenten anzugehen und Beweise für neue Biologie zu enthüllen, die unser Verständnis der Evolution des Lebens auf der Erde beeinflussen könnten.

Das Team – dem neben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Deutschen Helmholtz-Gemeinschaft, der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), des Joint Genome Institute (JGI, USA) und des Earlham Institute (Großbritannien) mehrere weitere Institutionen angehören – diskutiert die Initiative und erste Ergebnisse im Tagebuch PLOS-Biologie, heute veröffentlicht.

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

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

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

Die Arbeit des EcoOmics-Teams zielt darauf ab, dies anzugehen und der wissenschaftlichen Gemeinschaft eine „offen zugängliche“ genomische Ressource bereitzustellen. Es verwendet Daten aus Proben, die während des bahnbrechenden Programms Multidisciplinary Floating Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC) gesammelt wurden, das von September 2019 bis Oktober 2020 stattfand.

Bei der größten Polarexpedition der Geschichte fror das Forschungsschiff FS Polarstern im arktischen Meereis ein und schwebte über dem Arktischen Ozean. Hunderte von Wissenschaftlern haben eine Reihe koordinierter mariner, atmosphärischer, meereisbezogener und anderer Forschungsarbeiten durchgeführt, die darauf abzielen, unser Verständnis der Rolle des Arktischen Ozeans in Klimaprozessen zu verbessern.

Prof. Thomas Mock von der School of Environmental Sciences der UEA führt zusammen 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. „Dies liefert den ersten Beweis für neue Biologie, da die Arbeit in einem Bereich durchgeführt wurde, der noch nie zuvor von der Multiomics-Technologie untersucht wurde, d. h. der Sequenzierung von Genen, Genomen und Transkriptomen natürlicher mikrobieller Gemeinschaften von der Oberfläche bis in die tiefen zentralen arktischen Regionen.

DR. Metfies sagte: „Dieser Datensatz wird uns einen beispiellosen Einblick in die Bedeutung des Meereises und seiner assoziierten Organismen geben, um die Funktionalität und die Leistungen des arktischen Meeresökosystems aufrechtzuerhalten, das dem drastischen Druck des Klimawandels ausgesetzt ist.

„MOSAiC gibt uns einen wichtigen Einblick in die Zukunft der arktischen Ökosysteme nach 2050, wenn der Arktische Ozean im Sommer voraussichtlich eisfrei sein wird. Dieser integrative wissenschaftliche Ansatz ist für polare Ozeane beispiellos, aber es ist notwendig, unsere Projektionen zu verbessern Interaktion verbessern die Reaktionen der Arten auf den Klimawandel in der Arktis.“

Insbesondere Meeresmikroben in Meereis und Meerwasser sind ein Eckpfeiler dieses Ökosystems und spielen eine entscheidende Rolle bei der Rückkopplung des Klimas und der Aufrechterhaltung von Nahrungsnetzen, die von zentraler Bedeutung für die Erhaltung und Ökosystemleistungen sind, wie z. B. die Bereitstellung eines Lebensraums für Arten, einschließlich der Fischerei. Mikroben dienen aufgrund ihrer schnellen Anpassungsreaktion auf Umweltveränderungen auch als biologische Indikatoren.

Erste Ergebnisse der MOSAiC-EcoOmics-Gruppe liefern den ersten Beweis für die Habitatfilterung im Arktischen Ozean und beschreiben den Prozess, durch den Habitatmerkmale an sie angepasste Arten auswählen. Auch dass der zentrale Arktische Ozean eine „Schatzkiste“ für die Entdeckung neuer Biologie ist, die sich möglicherweise als Ergebnis von Anpassungsprozessen entwickelt hat, die notwendig 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 aufzubauen“, sagte Prof. Mock. „EcoOmics wird zu Umweltschutzbemühungen beitragen und grundlegende Fragen in der Biologie erweitern, einschließlich der Evolution des Lebens auf dem Planeten Erde, die unvollständig bleiben, wenn polare Organismen nicht berücksichtigt werden.

„Diese Organismen werden aufgrund ihrer einzigartigen Anpassung wahrscheinlich eine Fundgrube für die Entdeckung neuer Biologie sein. Wie unser Verständnis der globalen Biodiversität durch die neue Polarbiologie beeinflusst wird, bleibt abzuwarten, aber unsere vorläufigen Erkenntnisse sind vielversprechend.“

„Multiomics in the central Arctic Ocean for Benchmarking Biodiversity Change“ wurde in veröffentlicht PLOS-Biologie am 17. Oktober 2022.