L'Université d'East Anglia (UEA) dirige un projet international pionnier visant à séquencer l'ADN de microbes marins dans l'océan Arctique.

Les données résultantes seront utilisées pour développer des modèles permettant de prédire l'impact du réchauffement climatique sur la diversité et l'activité des microbes, tels que les virus, bactéries, microalgues et champignons, modifiant ainsi les processus écosystémiques, y compris le contrôle du cycle des nutriments clés, la capture et le stockage du carbone, et la dynamique de la chaîne alimentaire.

L'écologie microbienne marine est une composante clé de l'écosystème arctique. Alors que l'Arctique subit des changements drastiques en raison du réchauffement climatique, tous les écosystèmes seront touchés avec des conséquences inconnues pour les formes de vie sensibles.

Les microbes marins de l'Arctique et leurs adaptations uniques sont loin d'être compris en raison des défis logistiques d'accès, et l'échantillonnage et l'expérimentation dans des conditions polaires extrêmes.

Soutenu par et s'appuyant sur l'expertise du Joint Genome Institute (JGI) aux États-Unis, le projet vise à résoudre ce problème en échantillonnant la glace de mer et les eaux sous-glace sur une base hebdomadaire pendant 12 mois dans le cadre d'une expédition révolutionnaire. Cela implique que le brise-glace RV Polarstern soit gelé dans la banquise arctique et dérive au sommet de l'océan Arctique au cours de l'année suivante.

Le programme de l'Observatoire multidisciplinaire à la dérive pour l'étude du climat arctique (MOSAiC) examine de plus près l'Arctique en tant qu'épicentre du réchauffement climatique afin d'obtenir des informations fondamentales essentielles à une meilleure compréhension du changement climatique mondial. Des centaines de scientifiques mèneront une gamme d'études marines, atmosphérique, recherche liée à la glace de mer.

Thomas Mock, professeur de microbiologie marine à l'École des sciences de l'environnement de l'UEA, dirige le projet de séquençage du métagénome et du métatranscriptome, qui fournira le plus grand nombre de séquences d'un écosystème polaire. Il implique des chercheurs de cinq pays, y compris des collègues de l'Institut Alfred-Wegener pour la recherche polaire et marine en Allemagne, qui font partie de l'équipe de direction de MOSAiC.

Le professeur Mock a déclaré:"L'océan Arctique est l'un des environnements les plus sous-explorés de la Terre. Par conséquent, nos connaissances sur la diversité des espèces arctiques, leur biologie fondamentale, et l'adaptation et l'évolution sont très limitées, surtout pour les microbes. Pour prédire leur réponse aux changements futurs, nous devons comprendre comment leur fonctionnalité est affectée par la variabilité environnementale, y compris le réchauffement climatique.

"Ce projet nous donnera un aperçu sans précédent sur une année complète des communautés microbiennes dans une zone qui n'a pas été échantillonnée à ce point auparavant, fournissant une ressource de données précieuse pour une communauté mondiale de chercheurs.

« C'est l'occasion d'acquérir de nouvelles connaissances sur le fonctionnement de l'Arctique en général et de nous aider à comprendre la trajectoire écologique globale de cette région. Nous nous attendons également à découvrir de nombreux nouveaux microbes qui ont développé une capacité à prospérer dans cet environnement difficile. »

Nigel Mouncey, Directeur JGI, a déclaré :« Ce projet fait partie du portefeuille de JGI consistant à étudier des environnements sous-explorés pour enrichir la communauté scientifique de nouvelles découvertes fondamentales.

"Le JGI et notre communauté d'utilisateurs ont depuis longtemps reconnu l'utilité des microbes pour servir de" canaris dans la mine de charbon " - des baromètres pour fournir une alerte précoce sur les changements dans notre environnement.

"Ce projet s'appuie sur des collaborations antérieures avec le laboratoire du professeur Mock, y compris l'étude de la génomique évolutive de la diatomée adaptée au froid, Fragilariopsis cylindrus en Antarctique. Des projets comme ceux-ci représentent des ressources de données enrichissantes pour la communauté mondiale de la recherche. »

Les trois principaux milieux qui seront échantillonnés sont la banquise, eau sous glace, et fonte des étangs au fur et à mesure qu'ils se développent pendant la saison estivale. Sur la période de 12 mois, la plage globale de température devrait se situer entre -30°C et +5°C. Les conditions d'éclairage seront très variables, de l'obscurité totale en hiver à 24 heures de lumière en été.

Concentrations nutritives, gaz importants pour le climat, et les substances organiques peuvent être très variables dans l'océan Arctique, d'indétectable à presque 100 % de saturation à l'intérieur de poches de glace de mer fermées.

Par conséquent, contrairement à de nombreux autres écosystèmes, l'océan Arctique est caractérisé par une variabilité environnementale importante, potentiellement à l'origine de communautés microbiennes diverses et complexes.

Les futurs appels aux ressources du DOE Joint Genome Institute sont disponibles sur https://jgi.doe.gov/user-programs/