Dynamic microbial populations in Canada’s Arctic Ocean are poised to respond to environemental change

The Arctic Ocean is warming at twice the rate of other marine ecosystems. Marine microbiomes drive primary productivity and sustain Arctic food webs, are an important indicator of ecosystem health and function, and provide early indications of environmental change. Two high-impact papers on the pan-Canadian Arctic marine microbiome, and its response to climate change and oil spills, are planned. One manuscript will leverage a massive dataset (600 16S rRNA gene amplicon libraries; 110 metagenomic libraries; in total 23 terabytes of biological information) that our team has amassed over the past decade with the help of three ArcticNet projects. Samples collected onboard CCGS Amundsen from over 80 locations spanning 8 years provide essential baseline information. This is comparable to similar major initiatives such as Tara Oceans. Results will characterize and quantify the Arctic marine microbiome in space and time, integrating results with other ArcticNet oceanographic data. This will be the first-ever large-scale genomic assessment of Canada’s Arctic marine ecosystem. Microorganisms are also nature’s ‘first responders’ to environmental perturbations. A second manuscript on hydrocarbon-degrading bacteria and their response to oil in this sensitive ecosystem will showcase these uniquely cold-adapted bacteria. This is of great interest to the scientific community, policymakers and decision-makers as rapid changes in Arctic ecosystems and accelerating industrial activity pose a greater risk of accidental spills. Highlighting the response of the Arctic marine microbiome to oil spills and identifying unique Arctic-specific genes and genomes will guide mitigation efforts in different high-latitude spill scenarios.

La dynamique des populations microbiennes vivant dans l’océan Arctique du Canada s’apprête à réagir aux changements environnementaux 

L’océan Arctique se réchauffe deux fois plus vite que les autres écosystèmes marins. Les microbiomes marins sont au cœur de la production primaire; ils contribuent au réseau alimentaire arctique, sont des indicateurs importants de la santé et du fonctionnement des écosystèmes, et présentent des signes avant-coureurs de changement environnemental. Nous prévoyons d’élaborer deux documents à impact élevé sur les microbiomes marins de l’Arctique canadien et leur réaction aux changements climatiques et aux déversements d’hydrocarbures. Un premier document comportera un ensemble de données massives (600 bibliothèques d’amplicons du gène de l’ARN ribosomique 16s et 110 bibliothèques métagénomiques, totalisant 23 téraoctets de données biologiques) recueillies par notre équipe au cours de la dernière décennie dans le cadre de trois projets d’ArcticNet. Les échantillons prélevés à plus de 80 endroits sur une période de huit ans par l’équipe à bord du NGCC Amundsen fournissent des données de base essentielles. Cette initiative est comparable à d’autres projets semblables de grande envergure, comme les expéditions de Tara Océan. Les résultats obtenus contribueront à la caractérisation et à la quantification spatiales et temporelles des microbiomes marins de l’Arctique, et s’ajouteront à d’autres données océanographiques recueillies par ArcticNet. Il s’agira de la toute première évaluation génomique de l’écosystème marin de l’Arctique canadien réalisée à grande échelle. Les micro-organismes sont également les « premiers répondants » de la nature face aux perturbations environnementales. Le second document portera sur les bactéries responsables de la dégradation des hydrocarbures – ces bactéries uniques, résistantes au froid – et leur réaction aux hydrocarbures au sein de cet écosystème fragile. Cette question suscite un grand intérêt auprès de la communauté scientifique, des responsables des politiques et des décideurs, alors que l’évolution rapide des écosystèmes arctiques et l’accélération de l’activité industrielle présentent un risque élevé de déversements accidentels d’hydrocarbures. La mise en évidence de la réaction des microbiomes marins de l’Arctique aux déversements d’hydrocarbures et l’identification des gènes et des génomes uniques propres aux écosystèmes arctiques permettront d’orienter les mesures d’atténuation qui devront être prises dans les situations de déversement au sein des écosystèmes en hautes latitudes.