Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der gemeinsamen Leitung der University of East Anglia (UEA) in Großbritannien und des Alfred-Wegener-Instituts Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Deutschland hat den EcoOmics-Datensatz entwickelt. Er wird auch die Bioprospektion unterstützen, um den Mangel an Antibiotika und antiviralen Medikamenten zu beheben, und Hinweise auf neue biologische Prozesse liefern, 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 mehrerer anderer Einrichtungen angehören, erörtert die Initiative und die ersten Ergebnisse in der Zeitschrift PLOS Biology.
EcoOmics — der erste große „Omics“- oder Genomsequenz-Datensatz für ein polares Ökosystem — zeigt ein Jahr im biologischen Leben des zentralen Arktischen Ozeans mit Schwerpunkt auf Mikrobiomen, Gemeinschaften von Mikroorganismen, die in einem Lebensraum zusammenleben.
Die arktischen 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 das Fortbestehen der Artenvielfalt auf unserem Planeten.
Aufgrund logistischer Herausforderungen und erschwerter Erreichbarkeit ist die Arktis — insbesondere der zentrale Arktische Ozean — jedoch nach wie vor eine der am schlechtesten erforschten Umgebungen.
Die Arbeit des EcoOmics-Teams zielt darauf ab, dies zu ändern und eine frei zugängliche genomische Ressource für die wissenschaftliche Gemeinschaft bereitzustellen. Dabei werden Daten von Proben verwendet, die während der MOSAiC-Expedition gesammelt wurden, die von September 2019 bis Oktober 2020 stattfand.
Bei dieser größten Polarexpedition der Geschichte wurde das Forschungsschiff RV Polarstern im arktischen Meereis eingefroren und driftete über die Spitze des Arktischen Ozeans. Hunderte von Wissenschaftlern führten eine Reihe koordinierter mariner, atmosphärischer, meereisbezogener und anderer Forschungsarbeiten durch, um unser Verständnis der Rolle des Arktischen Ozeans bei Klimaprozessen zu verbessern.
Prof. Thomas Mock von der School of Environmental Sciences der UEA leitet das EcoOmics-Projekt gemeinsam mit Dr. Katja Metfies vom AWI.
«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 neuartige Biologie, da die Arbeit in einem Gebiet durchgeführt wurde, das noch nie zuvor mit der Multiomics-Technologie untersucht wurde, d. h. mit der Sequenzierung von Genen, Genomen und Transkriptomen natürlicher mikrobieller Gemeinschaften von der Oberfläche bis in die Tiefen des zentralen Arktischen Ozeans.»
Dr. Metfies sagte: «Dieser Datensatz wird uns einen noch nie dagewesenen Einblick in die Bedeutung des Meereises und der mit ihm verbundenen Organismen für die Aufrechterhaltung der Funktionen und Dienstleistungen des arktischen Meeresökosystems geben, das unter dem drastischen Druck des Klimawandels steht.»
«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 er ist notwendig, um unsere Prognosen über die Reaktionen der interagierenden Arten auf den Klimawandel in der Arktis zu verbessern.»
Insbesondere marine Mikroben im Meereis und im Meerwasser sind ein Eckpfeiler dieses Ökosystems und spielen eine entscheidende Rolle bei der Rückkopplung mit dem Klima und bei der Aufrechterhaltung von Nahrungsnetzen, die für die Erhaltung und die Ökosystemleistungen wie die Bereitstellung von Lebensraum für Arten, einschließlich der Fischerei, von zentraler Bedeutung sind. Aufgrund ihrer schnellen Anpassungsfähigkeit an Umweltveränderungen dienen Mikroben auch als biologische Indikatoren.
Die ersten Ergebnisse der MOSAiC-EcoOmics-Gruppe liefern den ersten Beweis für die Filterung von Lebensräumen im Arktischen Ozean, die den Prozess beschreibt, durch den Lebensraumeigenschaften für an sie angepasste Arten ausgewählt werden. Außerdem ist der zentrale Arktische Ozean eine «Schatzkammer» für die Entdeckung neuer Lebensformen, die sich möglicherweise aufgrund von Anpassungsprozessen entwickelt haben, die für das Gedeihen in dieser rauen und wenig erforschten Umgebung erforderlich sind.
«MOSAiC EcoOmics ist gut aufgestellt, um das umfassendste und integrativste genetische und genomische Inventar aller polaren Ökosysteme der Erde zu erstellen», sagte Prof. Mock. «EcoOmics wird einen Beitrag zu den Bemühungen um den Naturschutz leisten und grundlegende Fragen in der Biologie erweitern, einschließlich der Evolution des Lebens auf dem Planeten Erde, die ohne die Berücksichtigung polarer Organismen unvollständig bleibt.»
«Diese Organismen sind aufgrund ihrer einzigartigen Anpassung wahrscheinlich eine Fundgrube für die Entdeckung neuer biologischer Erkenntnisse. Es bleibt abzuwarten, wie die neue polare Biologie unser Verständnis der globalen Artenvielfalt beeinflussen wird, aber unsere ersten Erkenntnisse sind vielversprechend.»
Pressemitteilung University of East Anglia
