Tilbake til søkeresultatene

KLIMAFORSK-Stort program klima

Methane cycling archives from warming Arctic lakes: Retrieving the genomic blueprints of Holocene microbes

Alternativ tittel: Rekonstruksjon av metansyklusen fra arktiske innsjøer med bruk av holosene mikrobers genetiske fingeravtrykk

Tildelt: kr 5,9 mill.

Land og innsjøer i Arktis slipper ut betydelige mengder metan (CH4), en effektiv drivhusgass som bidrar til globale klimaendringer. Likevel er effekten av hurtig oppvarmning på metanutslippene i Arktis dårlig forstått, spesielt over tidsrom fra årtier til årtusener. Den nyeste utviklingen i sekvensering til å analysere fortidens DNA i miljøet (eDNA), også kjent som paleogenetikk, har økt den analytiske følsomheten enormt, og dermed avslørt utrolige mengder ny informasjon om fortidens økosystemer. PolarCH4ives bruker paleogenetikk til å rekonstruere miljøets genomiske informasjon, som finnes naturlig lagret i sediment avsatt på bunnen av innsjøer, år etter år. Formålet er å finne ut av hvordan klimaendringer over lang tid har påvirket mikrobers metansyklus i Arktis. PolarCH4ives har tatt nye Holosene sedimenkjerner og geokjemiske profiler langs et klima-transekt i Nord-Norge (4 innsjøer), Sverige (3 innsjøer) og Svalbard (3 innsjøer). Disse nye kjernene har blitt åpnet og prøvetatt til DNA-analyser. Totalt vill vi ha utført moderne metagenomiske analyser på 344 sedaDNA-prøver fra vår samling av 21 arktiske sedimentkjerner (inkludert Grønland). Sommeren 2022 gjennomførte vi en 2-ukers ekspedisjon til Svalbard og tok nye sedimentkjerner fra innsjøer på det nordlige Svalbard. Dette feltarbeidet var forsinket to år på grunn av koronapandemien, men nå har vi innsamlet alle planlagte feltdata til prosjektet. Helt nye og innovative forbedringer i de bioinformatiske analysene som utføres hos prosjektets danske samarbeidspartner betyr, at vi får parallelle analyser fra fortidens og nåtidens mikrobe-samfunn. Den nye metoden gjør at vi bedre kan kvantifisere, hvordan holosene klimaendringer påvirket mikrobe-samfunn og deres økosystemer. Vi har utført omfattende sekventering og bioinformatiske analyser av 260 jordprøver. Disse har forbedret representasjonen av arktiske mikrobiomer ved å lage >5300 metagenomisk sammensatte genomer (MAG’er) av mikrober hvorav de fleste er fra taxa som aldri har blitt beskrevet. De nye MAG’er bidrar med tusenvis av nye arter til noen av de mest forekommende grupper av Archaea og Bacteria på Jorda. De vil også booste andre, mindre kjente grupper med flere hundre nye taxa. Vi viser også at mikrobenes diversitet er forskjellig fra nord til sør i Arktis og at den avhenger av spesifikke miljø- og klimaparametere som f.eks. pH, kvelstoff-innhold, kvaliteten av organisk materiale og nedbør. Vi fortsetter med å analysere hvordan mikrobenes spesifikke omsetningsprosesser bidrar til drivhusgassenes syklus i et varmere og grønnere Arktis. Datasettet bidrar også med ny viten om arktiske mikrober i forhold til vegetasjon og næringskilder (svampe og fugle). Vi har målt konsentrasjon, kilde og alder på metangass, som slipper ut av innsjøsedimentene for å kunne bestemme mulige forbindelser mellom klimaendringer og mikrobenes omsetning av organisk stoff til CH4. Ved å kombinere geovitenskap og analyser av gammelt eDNA, har PolarCH4ives allerede gitt en bedre forståelse av mikrobenes biodiversitet i Arktis, og hvordan fortidens klimaendringer påvirket mikrobenes økologi og biogeokjemiske omsetning av drivhusgasser.

• PolarCH4ives has boosted the Norwegian contribution in interdisciplinary research by integrating geosciences and ancient eDNA on a national scale (Schomacker, Hodson and Alsos Labs). • PolarCH4ives has strengthened Norway's role in research into the Earth's microbiomes in the Arctic and globally. This project has significantly expanded the availability of archival materials and complete genomes from Arctic environments into global databases that may be used as reference and baseline for the future. • Postdoc Rouillard has consolidated her expert knowledge and high-quality technical expertise with world leaders in ancient eDNA analyses at UiT and CGG in emerging paleogenomics that opens up a whole new path of investigation into Arctic ecosystem processes as a future group leader to solve fundamental questions on climate issues. • The involvement of educators and actors from the tourism industry in the Arctic in our large-scale microbiome collection and our overall public outreach strategy has and will continue to promote a more sustainable view on Arctic landscapes and their sensitivity to climate change. • PolarCH4ives has provided a framework and complementary datasets for 4 chapters of a PhD thesis (M. Buli´nova´, UiT; expected graduation in 2025).

Arctic landmasses and lakes release significant amounts of methane (CH4), a potent greenhouse gas that contributes to global climate change. Yet, the effect of rapid warming in the Arctic on the fate of CH4 emissions is poorly understood, particularly over decadal to millennial timescales. The recent advance of high-throughput sequencing to analyse ancient environmental DNA (eDNA), or paleogenomics, from Arctic lake sediment has tremendously heightened analytical sensitivity and thus unlocked a wealth of new information on past ecosystems. We will combine paleogenomics to a robust paleoecological framework to determine the impact of climate change on microbial CH4 dynamics in high latitude lakes since the onset of the present interglacial, the Holocene, ~11,700 years ago. We will control for catchment processes underpinning microbial CH4 exchange, and isolate the influence of climate on their dynamics. This interdisciplinary research relies on a unique collection of Arctic lake sediment cores from Greenland, mainland Norway and Svalbard jointly assembled by the Schomacker, Håkansson, Alsos and Kjær Labs (The Arctic University of Norway/UiT, The University Centre in Svalbard/UNIS, Tromsø Museum/TromsøM (UiT), and Natural History Museum of Denmark/NHMD, respectively). PolarCH4ives will foster a new platform for interdisciplinary climate research in Norway by bringing together a high-functioning team of Quaternary scientists (Schomacker, Håkansson and Kjær) with world's leading ancient DNA facilities and expertise (TromsøM and NHMD). In addition to acquiring groundbreaking knowledge into Quaternary sciences, ancient eDNA and microbial ecology, we seek to bring new insights into the contribution of Artic ecosystems to the global carbon cycle and their sensitivity to climate change. By strengthening our understanding of long-term ecosystem processes that influence the release and degradation of CH4 in the Arctic, we will help constrain models of global climate change.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Budsjettformål:

KLIMAFORSK-Stort program klima