DNA toont aan: bacteriën en algen op Zuid- en Noordpool nog unieker dan gedacht
High Arctic (left) and Continental Antarctic (right) lake bottoms, covered by dense microbial mats. Credits: David Velazquez (image left), Sakae Kudoh (image right)
(06-12-2023) Internationaal onderzoeksteam onder leiding van UGent-biologen voerde eerste grootschalige onderzoek naar biodiversiteit en evolutionaire geschiedenis van micro-organismen in Arctische, sub-Antarctische en Antarctische meren gebruik makend van DNA
De poolgebieden worden gekenmerkt door extreme leefomstandigheden zoals heel lage temperaturen en een lage beschikbaarheid van water en nutriënten. Meren in deze barre omgeving zijn oases van biodiversiteit en productiviteit, waar microscopisch kleine organismen het leven domineren. Gedurende lange tijd dachten wetenschappers dat micro-organismen zich omwille van hun astronomische aantallen en geringe celgrootte ongehinderd over de Aarde hebben verplaatst en alle geschikte leefgebieden hebben gekoloniseerd. Deze hypothese werd nu getest door op basis van DNA de samenstelling van deze gemeenschappen in meer dan tweehonderd Arctische, sub-Antarctische en Antarctische meren te vergelijken en na te gaan of zij dezelfde evolutionaire geschiedenis hebben.
Antarctica werd sinds het Late Eoceen (34 miljoen jaar geleden) geleidelijk aan bedekt met een ijskap, wat tot het uitsterven van de meeste groepen planten en dieren heeft geleid. Antarctica ligt bovendien sterk geïsoleerd in het Zuidelijk halfrond waardoor deze planten en dieren het continent niet opnieuw konden koloniseren. Arctische landmassa’s daarentegen zijn geografisch sterk verbonden en werden pas uitgebreid door ijskappen bedekt tijdens glaciale maxima. Dit heeft bij dieren en planten tot sterke verschillen geleid in de evolutionaire geschiedenis van soorten en hun geografische verspreiding aan beide polen. Volgens de gangbare hypothese zou dit voor micro-organismen, die zich vrij over de Aarde zouden bewegen, niet het geval zijn.
DNA onthult een verschillende evolutionaire geschiedenis van micro-organismen tussen de Noordpool en de Zuidpool
Opvallend is het grote verschil in de samenstelling van de microbiële gemeenschappen tussen de poolregio’s, waarbij meren op de Noord- en Zuidpool gedomineerd worden door andere groepen. Heterotrofe bacteriën (bacteriën die organisch materiaal afbreken) en graasbestendige kiezelwieren (diatomeeën) blijken relatief abundanter op de Noordpool, terwijl blauwalgen (cyanobacteriën) en groenwieren dominanter zijn in de meren op Antarctica. De soortenrijkdom is ook lager in Antarctica.
Uit de analyses bleek dat door de vorming van ijskappen ook meerdere groepen microbiële organismen verdwenen uit Antarctica. De onderzoekers konden aantonen dat de groepen die wel overleefden konden evolueren in isolatie. Zo ontstonden uit een gemeenschappelijke vooroudersoort verschillende ondersoorten en variëteiten met een verspreiding die beperkt is tot Antarctica. Bovendien blijkt dat zelfs op diep-evolutionaire niveaus veel genetische lijnen reeds lang aanwezig zijn en uniek zijn voor Antarctica. Dit toont aan dat verspreiding over lange tijdschalen eerder beperkt is, en dat de Zuidelijke Oceaan ook voor micro-organismen een grote barrière vormt.
"Het unieke karakter van de microbiële gemeenschappen in deze polaire meren is een sterk argument om deze habitatten beter te beschermen tegen menselijke beïnvloeding door onder andere toenemende toeristische exploitatie van Antarctica", aldus Bjorn Tytgat
Contact
- Bjorn Tytgat, bjorn.tytgat@ugent.be
- Wim Vyverman, wim.vyverman@ugent.be