Os microbiomas representam a maioria da biomassa viva total e da diversidade em cada oceano e são responsáveis pela mediação de mecanismos críticos de estabilização dos oceanos, sustentando a produção primária global e a base das teias alimentares. Estes microrganismos, e as comunidades altamente interativas que formam, respondem às mudanças no ambiente, incluindo às forças motrizes das alterações climáticas, com impacto em todos os compartimentos biológicos e biogeoquímicos dos oceanos (Assmy et al. 2017, Kauko et al. 2019, Fernández-Méndez 2019).

O Oceano Ártico está a sofrer as mudanças mais drásticas no nosso planeta, com uma diminuição dramática na extensão do Mar de Verão Gelo nos últimos 35 anos, aproximadamente 50% desde 1950 (e.g. Parkinson et al. 2013). Uma atmosfera mais quente causa também um aumento da temperatura no afluxo de água do Atlântico ao Ártico, criando um feedback positivo que tem sido demonstrado recentemente, reduzindo a formação de gelo marinho através do aumento do calor do Oceano Ártico (Carmack et al. 2015, Meyer et al. 2017). Contudo, o nosso entendimento sobre a forma como os ambientes árticos irão responder a estas mudanças é ainda limitado.
Estudos anteriores, também da nossa equipa de investigação, mostraram claras assinaturas distintas de comunidades procarióticas e eucarióticas através das águas polares e atlânticas nas regiões de Svalbard e do Estreito de Fram, apoiando a ideia geral das características da massa de água como um fator importante na definição da estrutura da comunidade microbiana e suas funções (Sousa et al. 2019, Zorz et al. 2019). Estes microbiomas distintos das massas de água do Ártico e do Atlântico Norte refletem-se em diferentes padrões de fitoplâncton e diversidade zooplâncton. Assim, uma questão essencial é saber quais as funções da comunidade que irão mudar em resultado da progressiva intensificação da conectividade das águas do Atlântico e do Ártico em termos de transporte de calor. Neste projeto, propomos começar a preencher esta lacuna científica, alargando observações anteriores num estudo concebido para compreender como o aumento progressivo do afluxo de calor das águas atlânticas ao Ártico, a chamada “Atlantificação”, irá promover mudanças na diversidade microbiológica e funções do plâncton ártico. Pressupomos que o aquecimento das massas de água do Atlântico Norte irá aumentar a conectividade microbiológica entre o Atlântico e o Ártico, reduzindo os gradientes de temperatura entre as duas massas de água, promovendo novos regimes funcionais microbianos metabólicos com implicações no ecossistema.
Os nossos objetivos serão abordados através da integração de projetos complementares de monitorização contínua, que estão a gerar conjuntos únicos de dados microbiológicos genómicos a longo prazo do Oceano Ártico (campanhas anuais iniciadas em 2015) e do Atlântico Norte (cruzeiros semestrais desde 2014), combinando metodologias de ponta e cruzando diferentes tipos de dados (genómico / metagenómico / biogeoquímico / metadados).
Durante a vida deste projeto, futuras campanhas de monitorização serão enriquecidas com conjuntos de dados transcriptómicos e metaproteómicos, para resolver o papel do microplâncton na condução de turnos funcionais chave. Conjuntos de dados de monitorização a longo prazo serão complementados com experiências controladas em futuras expedições árticas (2021 a 2024) para testar o efeito misto das águas atlânticas e árticas na diversidade do microplâncton e nos turnos funcionais. As experiências controladas em conjunto com inquéritos a longo prazo fornecerão a informação relevante para prever a resposta das comunidades de microplâncton polar quando confrontadas com alterações nos gradientes de temperatura das massas de água. Tecnologias inovadoras de monitorização microbiológica (amostrador autónomo de eDNA) previamente desenvolvidas pela nossa equipa de investigação (Ribeiro et al. 2019) serão também testadas e validadas para alargar os conjuntos de dados microbiológicos nos ambientes remotos do Ártico e do Norte do Atlântico, particularmente urgentes para cobrir os períodos de Inverno. A integração de dados ambientais e genómicos será conseguida através da aplicação de análises exploratórias gerais, bem como de ferramentas de interpolação espacial e temporal e de mineração de padrões, fornecendo um conjunto de modelos relativos ao impacto das águas atlânticas mais quentes no Ártico.
Este projeto utilizará observações ambientais, experiências e análise global de dados num esforço interdisciplinar para produzir dados científicos fiáveis para melhor compreender as interações entre as perturbações das alterações climáticas nas comunidades microbianas do Atlântico Norte e do Ártico e as suas funções. Uma vez que os microbianos sustentam funções ambientais cruciais que ditam, por exemplo, o oxigénio, o dióxido de carbono e o equilíbrio da produtividade primária no Oceano, as nossas descobertas científicas ajudarão a compreender processos de importância global e a identificar riscos emergentes, bem como a definição e priorização de problemas. Em particular, representará um importante avanço em relação à extensão prevista da “Atlantificação” do Mar Ártico.