Region Arktyki doświadcza zmian klimatycznych w znacznie szybszym tempie niż reszta świata. Topniejące pokrywy lodowe, spływ topniejącej wiecznej zmarzliny i inne czynniki szybko zmieniają skład wody Oceanu Arktycznego. I tej zmiany doświadcza się aż do poziomu mikrobiologicznego.

W badaniu przeprowadzonym pod przewodnictwem Concordii opublikowanym w czasopiśmie Komunikacja ISMEbadacze przeanalizowali archiwalne próbki bakterii i populacji archeonów pobrane z Morza Beauforta, graniczącego z północno-zachodnią Kanadą i Alaską. Próbki pobrano w latach 2004–2012, czyli w okresie obejmującym dwa lata – 2007 i 2012 – w których pokrycie lodem morskim było historycznie niskie. Naukowcy przyjrzeli się próbkom pobranym z trzech poziomów wody: letniej warstwy mieszanej, znajdujących się pod nią wód górnej Arktyki oraz wody pochodzącej z Pacyfiku na najgłębszym poziomie.

W badaniu zbadano skład genetyczny drobnoustrojów za pomocą bioinformatyki i analizy statystycznej w okresie dziewięciu lat. Wykorzystując te dane, naukowcy byli w stanie sprawdzić, jak zmieniające się warunki środowiskowe wpływają na strukturę i funkcję organizmów.

Naukowcy odkryli subtelne, ale statystycznie istotne zmiany w badanych społecznościach.

„Zaobserwowaliśmy ogólną utratę różnorodności gatunków we wszystkich masach wody” – mówi David Walsh, profesor na Wydziale Biologii i współautor artykułu.

„Zaobserwowaliśmy także zmiany w składzie społeczności drobnoustrojów, co oznacza, że ​​po minimum lodu morskiego w 2007 r. istniały inne gatunki niż wcześniej”.

Jednakże okresy spadku liczebności populacji zmieniały się pomiędzy warstwami wody oceanu. W latach 2005–2007 zaobserwowano gwałtowny spadek poziomu świeżej letniej wody mieszanej na głębokości od 3 do 9 metrów. W latach 2010–2012 poziom wód górnej Arktyki, wynoszący 16–78 m, opadł, natomiast głębsza warstwa wód Pacyfiku, wynosząca 49–154 m, spadła dwuetapowo – raz w latach 2005–2007 i ponownie w latach 2010–2012.

Naukowcy starają się nie przeceniać wyników swoich odkryć, twierdząc, że zmiany, choć znaczące, pozostają niewielkie. Jednak biorąc pod uwagę, że letnia pokrywa lodowa Arktyki stale się kurczy z roku na rok, dane wskazują na możliwe trendy, które mogą być widoczne w nadchodzących badaniach populacji w ostatnich latach.

„Wraz z ociepleniem i odświeżeniem Oceanu Arktycznego następuje spadek zawartości składników odżywczych ważnych dla fotosyntezy, w wyniku której powstaje materia organiczna służąca jako źródło energii i węgla dla morskiej sieci troficznej” – wyjaśnia Walsh.

„Ta zmiana grozi wzmocnieniem tak zwanej pętli mikrobiologicznej, w której energia i węgiel, które normalnie trafiałyby do wyższych poziomów troficznych – czyli zooplanktonu, a następnie ryb – są szybko poddawane recyklingowi przez mikroorganizmy. Ekosystem ten jest już zdominowany przez procesy mikrobiologiczne, które będzie tylko silniejszy w miarę kontynuowania tego systemu.”

„To badanie dostarcza nam podstawowego obrazu tego, co dzieje się w Arktyce” – mówi współautor Arthi Ramachandran. „Arktyka ociepla się cztery razy szybciej niż reszta świata, co czyni ją fascynującym ekosystemem do badań. Wszystkie oceany są ze sobą połączone, a fizyczne bariery tych oceanów stają się coraz mniej wyraźne”.

Naukowcy planują obecnie badanie metagenomiczne, które rozszerzy te szeregi czasowe, aby uwzględnić okresy jeszcze bardziej intensywnych minimów lodu morskiego. Mają nadzieję na pełne zsekwencjonowanie genomów organizmów, aby lepiej zrozumieć różnorodność społeczności drobnoustrojów i ich funkcjonowanie w środowisku.