Klimaat beïnvloedt microbiële leven rond Antarctica
NIOZ Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee“Zelfs op twee locaties, die maar vierhonderd kilometer van elkaar verwijderd zijn op het schiereiland (een piepklein stukje op de schaal van de oceanen), vonden we opvallende verschillen in de hoeveelheid en de samenstelling van alle micro-organismen. Deze verschillen lijken vooral gerelateerd te zijn aan de verschillen in het lokale klimaat”, zegt NIOZ-microbioloog Dr. Julia Engelmann. De resultaten van dit onderzoek door een internationaal team van wetenschappers onder leiding van NIOZ, zijn gepubliceerd in het tijdschrift Environmental Microbiome.
Een jaar lang meten
Het onderzoek was een internationale primeur. Niet eerder werden gegevens over bacteriën en ‘microbiële eukaryoten’, zoals fytoplankton, op deze schaal samen geanalyseerd. Bij twee Antarctische onderzoeksstations hebben onderzoekers van het NIOZ en collega’s van universiteiten in de VS en de British Antarctic Survey van juli 2013 tot april 2014 watermonsters verzameld. De monsters kwamen van het Long-Term Ecological Monitoring station van het Britse Antarctische onderzoeksstation in Rothera, en van het onderzoeksstation Palmer, dat vierhonderd kilometer naar het noorden ligt. De watermonsters werden niet alleen tegelijk genomen, maar ook volgens dezelfde protocollen, zodat ze optimaal vergelijkbaar waren. Met DNA-analyse bepaalden de onderzoekers welke bacteriën, protisten, fytoplankton en andere eencellige organismen aanwezig waren in het zeewater. Ook voorspelden ze met behulp van speciale statistische methoden de microbiële interacties en gemeenschapsstructuren: wie eet wie en waar?
Micro-organismen domineren het mariene leven
Het westen van het Antarctische Schiereiland kent een snellere opwarming dan de rest van de wereld. Er zijn daar in de afgelopen decennia ongekende hittegolven geweest, met grote verliezen van zee-ijs. Zeker in de wateren rond Palmer is de hoeveelheid zee-ijs de laatste jaren aanzienlijk afgenomen, omdat de temperaturen daar sneller zijn gestegen dan voor de kust van Rothera. Deze verschillende omstandigheden hebben hun weerslag op de samenstelling van de microbiële gemeenschappen, zegt Engelmann. “Op de warmere locatie Palmer zijn het vooral bacteriën die de structuur van de microbiële gemeenschap bepalen, terwijl het bij het iets koelere Rothera andersom was. Daar waren microbiële eukaryoten de centrale spelers.”
Bacteriën en microbiële eukaryoten spelen verschillende rollen in het mariene ecosysteem. De mogelijke verschuiving naar bacteriële dominantie in warmere omstandigheden, kan de biologische productiviteit verminderen. Met meer bacteriën en minder fytoplankton, zullen nutriënten waarschijnlijk langer in het microbiële systeem blijven. Daardoor zijn ze minder beschikbaar voor hogere organismen zoals krill, vissen en uiteindelijk zoogdieren en vogels. Engelmann: “Deze resultaten zijn belangrijk voor het begrijpen en voorspellen van microbiële ecosysteemreacties op klimaatverandering. Ze zijn relevant voor een brede groep onderzoekers en zelfs voor de mensheid als geheel.”
Gemeten naar hun totale massa, zijn er ongeveer drie keer zoveel micro-organismen in de oceanen als alle zeedieren samen. Verschuivingen in het microbiële voedselweb van de Zuidelijke Oceaan door het veranderende klimaat zullen dan ook verstrekkende gevolgen kunnen hebben voor het wereldwijde voedselweb. De Zuidelijke Oceaan speelt een cruciale rol in de productie en recycling van organisch materiaal, dat het mariene leven wereldwijd voedt."
"Er zijn ongeveer drie keer zoveel micro-organismen in de oceanen als alle zeedieren samen."
Micro-organismen opnemen in klimaatmodellen
Uiteindelijk hoopt Engelmann dat gegevens over microbiële gemeenschappen hun weg zullen vinden naar klimaat- en oceaanmodellen. “Het microbiële voedselweb is complex. Bacteriën en microbiële eukaryoten hebben verschillende functies, en er zijn veel interacties tussen deze groepen. Ook met andere organismen, waaronder dieren. Op dit moment is het moeilijk om de impact van klimaatverandering op microbiële productiviteit te voorspellen. Ons onderzoek biedt de eerste basisgegevens voor het begrijpen van de complexiteit van microbiële gemeenschappen in kust-ecosystemen in Antarctica. Maar we hebben meer gegevens en een beter begrip van mariene microbiële gemeenschappen nodig, voordat we deze informatie kunnen opnemen in klimaat- en oceaanmodellen. Ik ben er wel van overtuigd dat dit onze modellen veel nauwkeuriger zou maken en ook zou kunnen helpen bij het bedenken van betere manieren om de natuur te beschermen.”
Langdurige metingen
De metingen van 2013-2014 zijn de eerste grondige analyse van alle micro-organismen gedurende alle seizoenen in het kustgebied van Antarctica. Engelmann hoopt dat er nog veel meer metingen zullen volgen. "Nu hebben we conclusies getrokken op basis van klimaatverschillen op twee locaties. We hebben monsters van 2018-2019 en ook van 2022 klaarliggen voor een vervolg op dit verhaal. Hoe meer van deze metingen we in de loop van de tijd verzamelen, hoe meer we zullen leren over de Antarctische mariene microbiële gemeenschappen, hun interacties en hun vatbaarheid voor klimaatverandering. Tegelijkertijd is het nemen van monsters bij Antarctica logistiek uitdagend, arbeidsintensief en duur. Internationale samenwerking, zoals met de British Antarctic Survey en de collega’s in de VS die werkten op het Palmerstation en hun thuisuniversiteiten, is daarom cruciaal."
Tekst: NIOZ
Beeld: Swan Sow (leadfoto: eerste auteur Swan Sow, op weg om zeewatermonsters te nemen van de Long-Term Ecological Monitoring site van de British Antarctic Survey in Rothera)