Project

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CLIMARCTIC

English title Climate change impacts on Arctic soil and lake microbiomes
Applicant Frey Beat
Number 172464
Funding scheme BiodivERsA
Research institution Swiss Federal Research Inst. WSL Direktion
Institution of higher education Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research - WSL
Main discipline Environmental Research
Start/End 01.11.2017 - 30.11.2020
Approved amount 264'576.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Environmental Research
Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy

Keywords (9)

Arctic; microorganisms; soils; carbon cycling; phosphorus; global change; lake sediments; nitrogen; ecosystem functioning

Lay Summary (German)

Lead
Die Auswirkungen des Klimawandels - die globale Erwärmung - und das Aufschmelzen des Eises und Bodens in der Arktis auf ökosystemare Prozesse sind heute noch schwierig abzuschätzen. Hier untersuchen wir die Einflüsse auf das Mikrobiom und die mikrobiellen Prozesse, die die Treibhausgase in der Atmosphäre beeinflussen, die Freisetzung von Krankheitserregern und die Entdeckung von neuen Metaboliten. Solche Informationen sind notwendig, um die Rolle dieser arktischen Ökosysteme im globalen Klimasystem unter sich verändernden Umweltbedingungen besser vorhersagen zu können.
Lay summary

Titel des Forschungsprojektes

Einfluss des Klimawandels auf das Mikrobiom arktischer Böden und Seen

Climate change impacts on Arctic soil and lake microbiomes (CLIMARCTIC)

Lead

Die Auswirkungen des Klimawandels - die globale Erwärmung - und das Aufschmelzen des Eises und Bodens in der Arktis auf ökosystemare Prozesse sind heute noch schwierig abzuschätzen. Hier untersuchen wir die Einflüsse auf das Mikrobiom und die mikrobiellen Prozesse, die die Treibhausgase in der Atmosphäre beeinflussen, die Freisetzung von Krankheitserregern und die Entdeckung von neuen Metaboliten. Solche Informationen sind notwendig, um die Rolle dieser arktischen Ökosysteme im globalen Klimasystem unter sich verändernden Umweltbedingungen besser vorhersagen zu können.

Inhalt und Ziel des Forschungsprojektes

CLIMARCTIC hat das Ziel den Einfluss des Klimawandels auf die Biodiversität und Funktion arktischer terrestrischer Mikrobiome zu untersuchen, insbesondere deren Rolle in Ökosystemprozessen (N, P und C Kreisläufen) von Böden und Seen. Dafür werden gemeinsame in-situ Experimente auf Spitzbergen an der internationalen Forschungsstation in Ny-Alesund durchgeführt, und mit Laborexperimenten verknüpft, um Struktur und Funktion von Mikroorganismen in Böden und Seen entlang von Umwelt-Gradienten (Temperatur und Wasserverfügbarkeit) zu identifizieren.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojektes

Alle im Projekt erzielten Daten werden genutzt, um die Ökosystem-Funktionen unter den zukünftigen Szenarien des Klimawandels vorherzusagen, basierend auf einem kombinierten Boden-See Nährstoff-Ökosystemmodell.
Direct link to Lay Summary Last update: 07.06.2017

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Abstract

Nowhere is climate change more intense than in the Arctic, making it the most appropriate reference region for the detection and understanding of global change and its effects on biodiversity and ecosystem functioning. In fact, the physical and chemical attributes of Arctic soils and lakes are very sensitive to climate change because of their close proximity to tipping points related to the 0°C threshold. The biogeochemical cycles and functioning of these terrestrial Arctic ecosystem are to a large extent controlled by microorganisms from all domains of life. The combined effects of increasing temperatures and changes in the length of the growth season and moisture availability on different processes in the carbon (photosynthesis, respiration, methane production), nitrogen and phosphorus cycles of Arctic terrestrial ecosystems are poorly understood. CLIMARCTIC is aimed at studying the potential effects of climate change on the diversity and genetic functional attributes (nutrient and carbon cycling) of a High Arctic terrestrial microbiome in soils, wetlands and lakes. The combination of paleolimnological, field and experimental studies will provide insights into the response of these ecosystems to climate changes and hence to assess their role as feed-back mechanisms in the climate system under future global changes. Representative samples along environmental and temporal scales (different seasons) will be taken in two lakes and their catchment areas in Svalbard (Ny-Alesund, international platform for Arctic research) for microscopy and sequence-based biodiversity assessments of marker genes, as well as taxonomic profiling using high performance liquid chromatography of the photosynthetic pigments. This information will be combined with laboratory experiment using stable isotopes of N and C as well as 13C-DNA stable isotope probing to study nutrient and carbon cycling in order to develop a conceptual model of the food webs of a dry and wet tundra system in the catchment of the lakes. Metagenomics and metatranscriptomics on a selection of these samples from these tundra systems will be used to study the genetic make-up of these microbiomes and the differential gene expression patterns in field and laboratory experiments in response to climate changes; a particular focus will be put on nutrient and carbon cycling. The results of our study will be communicated to a variety of stakeholders including the media, national conservation bodies, the general public, and leading international science policy initiatives both at the national and international level, such as the Arctic Council and the IPCC.
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