Η Ελληνίδα μικροβιακή ωκεανογράφος στον βόρειο Ατλαντικό και οι μικροσκοπικοί ρυθμιστές της κλιματικής αλλαγής

Η Δρ. Μαρία Παπαδάτου μιλά στο ethnos.gr για την πρόσφατη εμπειρία της σε ερευνητική αποστολή και μας ανοίγει το φως για όσα «βλέπει» μια επιστημονική ομάδα Μικροβιακής Ωκεανογραφίας στο σκοτάδι των ωκεανών

🕛 χρόνος ανάγνωσης: 8 λεπτά ┋

Οι ωκεανοί καλύπτουν πάνω από το 70% της επιφάνειας της Γης και παίζουν καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση του παγκόσμιου κλίματος, στη δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα, καθώς και στη διατήρηση της ζωής. Η επιστήμη της ωκεανογραφίας εστιάζει στη μελέτη των ωκεανών μέσα από ένα εύρος πρισμάτων: τη φυσική τους δυναμική, τη χημική και βιολογική τους σύσταση, τη γεωλογία του βυθού και την αλληλεπίδρασή τους με την ατμόσφαιρα και το κλίμα.

Η μικροβιακή ωκεανογραφία αφορά στη μελέτη των θαλάσσιων μικροοργανισμών, οι οποίοι αποτελούν τη βάση των τροφικών πλεγμάτων και συμβάλλουν καθοριστικά στους βιογεωχημικούς κύκλους άνθρακα, αζώτου και άλλων στοιχείων. Η κατανόηση του ρόλου τους είναι κρίσιμη για την πρόβλεψη και τον μετριασμό των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής, για τη διαχείριση των θαλάσσιων πόρων και την προστασία της αλιείας, καθώς και για τη διατήρηση της υγείας των ωκεανών.

Η Δρ. Μαρία Παπαδάτου συμμετείχε τον Αύγουστο στην ωκεανογραφική αποστολή NEREIDES 2025. Είναι υπότροφος Μεταδιδακτορικής Υποτροφίας MSCA (Marie Sklodowska-Curie Actions) και εργάζεται στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης, στο Τμήμα Λειτουργικής και Εξελικτικής Οικολογίας, στην ερευνητική ομάδα Μικροβιακής Ωκεανογραφίας.

Το έργο NEREIDES

Η ωκεανογραφική αποστολή εντάσσεται στο έργο NEREIDES (Neutrally Buoyant Particles in the Deep Sea: Turnover, Origin and Global Impact on the Marine Carbon Cycle) το οποίο συντονίζεται από τον Ομότιμο Καθηγητή Θαλάσσιας Βιολογίας Gerhard J. Herndl και χρηματοδοτείται από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας (ERC Advanced Grant).

Στην ηλιόλουστη επιφάνεια του ωκεανού, φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, κυρίως φυτοπλαγκτόν, δεσμεύουν διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και το μετατρέπουν σε οργανική ύλη, σχηματίζοντας τη βάση του θαλάσσιου τροφικού πλέγματος. Καθώς το φως μειώνεται με το βάθος, η οργανική ύλη μεταφέρεται στα βαθύτερα στρώματα μέσω της βιολογικής αντλίας άνθρακα - μιας αργής καθοδικής ροής οργανικών σωματιδίων γνωστής και ως «θαλάσσιο χιόνι», που προέρχεται από υπολείμματα οργανισμών, αποσυντιθέμενο πλαγκτόν, εκκρίσεις και μικροβιακή δραστηριότητα.

Η διαδικασία αυτή απομακρύνει περίπου το ένα τρίτο του ανθρωπογενούς CO2 από την ατμόσφαιρα. Παρά το γεγονός ότι το εκτιμώμενο οργανικό φορτίο που βυθίζεται δεν επαρκεί για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των ετερότροφων οργανισμών των βαθέων υδάτων, η ζωή στα ωκεάνια βάθη είναι πολυποίκιλη, αφήνοντας ερωτήματα για των ωκεάνιο προϋπολογισμό άνθρακα.

Το έργο NEREIDES διερευνά, μέσα από το πρίσμα της μικροβιακής δραστηριότητας, μια μέχρι πρότινος άγνωστη δεξαμενή μη βυθιζόμενων σωματιδίων οργανικής ύλης, με σταθερή παρουσία σε όλη τη στήλη του νερού. Αυτή η δεξαμενή ενδέχεται να αποτελεί τη «χαμένη» πηγή άνθρακα που τροφοδοτεί τα βαθιά οικοσυστήματα.

Στόχος είναι η αποκωδικοποίηση της σύστασης και του ρόλου αυτών των σωματιδίων μέσω προηγμένων τεχνικών, όπως η πρωτεωμική, και η σύγκρισή τους με τη βυθιζόμενη και διαλυμένη οργανική ύλη. Τα αποτελέσματα θα συμβάλουν στην κατανόηση της προέλευσης και της τύχης αυτών των σωματιδίων, καθώς και στη βελτίωση των μοντέλων μεγάλης κλίμακας για τον κύκλο άνθρακα των ωκεανών.

Η αποστολή στον βόρειο Ατλαντικό

Η ωκεανογραφική αποστολή ξεκίνησε την 1η Αυγούστου από το Ρέικιαβικ της Ισλανδίας και ολοκληρώθηκε στις 30 Αυγούστου στο Νησί Τέρσειρα της Πορτογαλίας. Οι δειγματοληψίες έγιναν εν πλω του Ολλανδικού ερευνητικού πλοίου RV Pelagia καλύπτοντας σημαντικές ωκεάνιες μάζες νερού στο Βόρειο Ατλαντικό, όπως τη Νορβηγική Θάλασσα, τη Θάλασσα της Γροιλανδίας και τη Θάλασσα του Λαμπραντόρ, εκτείνοντας την έρευνα από τους παγωμένους βόρειους ωκεανούς έως τα υποτροπικά νερά των Αζορών.

Η πορεία της αποστολής επηρεάστηκε από τον τυφώνα Erin, ο οποίος ανάγκασε την ομάδα να αλλάξει πορεία νωρίτερα από το προγραμματισμένο, οδηγώντας ταχύτερα προς τις Αζόρες. Παρά την αλλαγή πορείας και την απειλή καταιγίδας, η συλλογή δειγμάτων συνεχίστηκε κανονικά.

Οι αρχικοί σταθμοί δειγματοληψίας της ωκεανογραφικής αποστολής NEREIDES 2025

Το ωκεανογραφικό ερευνητικό πλοίο R/V Pelagia στη Θάλασσα της Γροιλανδίας δίπλα από έναν παγετώνα. © Πλήρωμα του R/V Pelagia

Η ομάδα σύλλεξε και επεξεργάστηκε δείγματα νερού από πολλά βάθη, έως 4000 μέτρα, χρησιμοποιώντας το όργανο CTD (conductivity, temperature, depth) το οποίο καταγράφει λεπτομερή προφίλ αγωγιμότητας (αλατότητας), θερμοκρασίας και βάθους σε πραγματικό χρόνο κατά την βύθισή του στη στήλη του νερού. Η συλλογή δειγμάτων γίνεται κατά την άνοδο με ειδικά δοχεία Niskin τοποθετημένα σε κυκλική διάταξη γύρω από το CTD rosette, όπου κλείνουν σε προκαθορισμένα βάθη, παγιδεύοντας νερό χωρίς ανάμειξη μεταξύ των ανωτέρων στρωμάτων νερού.

Επιπλέον, χρησιμοποιούνται όργανα για επιτόπιες καταγραφές (in situ), όπως αντλίες και μικροβιακοί επωαστήρες που παραμένουν για ώρες στο νερό προκειμένου να συλλεχθούν επιπλέον επιστημονικά δεδομένα. Μετά τη συλλογή, οι επιστήμονες είτε προχωρούν σε μετρήσεις εν πλω, όπως μικροβιακή αναπνοή και παραγωγή, είτε επεξεργάζονται τα δείγματα για περεταίρω αναλύσεις στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης, όπως εκχύλιση DNA και πρωτεϊνών. Η διαδικασία συλλογής και ανάλυσης δειγμάτων είναι χρονοβόρα, ενώ η ολοκλήρωση όλων των αναλύσεων και της επεξεργασίας δεδομένων μπορεί να διαρκέσει αρκετούς μήνες.

Δειγματοληψία με το όργανο CTD εξοπλισμένο με φιάλες Niskin σε προκαθορισμένα βάθη και συλλογή δειγμάτων νερού για περεταίρω αναλύσεις. © Μαρία Παπαδάτου

Συμμετοχή της Ελληνίδας επιστημόνισσας

«Η δουλειά μου στην αποστολή NEREIDES επικεντρώθηκε στον βαθύ ωκεανό - συγκεκριμένα σε βάθη κάτω από τα 800 μ., που εκτείνονται στις κατώτερες ζώνες του μεσοπελαγικού και στις ανώτερες ζώνες του βαθυπελαγικού στρώματος, όπου δεν φτάνει ποτέ το ηλιακό φως και η ζωή εξαρτάται αποκλειστικά από την οργανική ύλη που βυθίζεται από την επιφάνεια. Αυτά τα βάθη έχουν εξαιρετικά χαμηλή μικροβιακή βιομάζα και η μικροβιακή ζωή επιβιώνει σε ένα ψυχρό, υψηλής πίεσης περιβάλλον με περιορισμένους πόρους», εξηγεί η Μαρία Παπαδάτου.

Για να μελετήσει αυτές τις βαθιές μικροβιακές κοινότητες, συλλέγει μεγάλους όγκους θαλασσινού νερού χρησιμοποιώντας το CTD rosette εξοπλισμένο με φιάλες Niskin. Σε κάθε σταθμό δειγματοληψίας, συλλέγει και επεξεργάζεται περισσότερα από 200 λίτρα νερού, απαραίτητα για την ανάκτηση επαρκούς υλικού, καθώς τα μικροβιακά κύτταρα και οι πρωτεΐνες σε αυτά τα βάθη βρίσκονται σε εξαιρετικά χαμηλές συγκεντρώσεις. Μετά τη συλλογή, τα δείγματα διαχωρίζονται σε κλάσματα μεγέθους ώστε να μελετηθούν: (1) τα μεγαλύτερα μικρόβια συνδεδεμένα με σωματίδια, (2) τα μικρότερα, ελεύθερα μικρόβια, και (3) οι πολύ μικρές πρωτεΐνες και μόρια διαλυμένα στο νερό. Τα δείγματα αυτά αποθηκεύονται άμεσα σε καταψύκτη -80°C, ενώ στη συνέχεια στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης θα πραγματοποιηθούν μεταπρωτεωμικές και μεταγενωμικές αναλύσεις.

«Συνδυάζοντας την πρωτεωμική με τη μεταγενωμική ανάλυση, μπορούμε να κατανοήσουμε καλύτερα ποιοι οργανισμοί υπάρχουν και τι κάνουν, δημιουργώντας μια πιο σαφή εικόνα για το πώς τα μικρόβια των βαθέων υδάτων συμβάλλουν στον ωκεάνιο κύκλο του άνθρακα, ακόμη και σε μερικά από τα πιο απομακρυσμένα και φτωχά σε θρεπτικά ύδατα του παγκόσμιου ωκεανού» εξηγεί.

Μελέτες όπως αυτές της Δρ. Παπαδάτου συμβάλλουν στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι ωκεανοί θα ανταποκριθούν στην αύξηση της θερμοκρασίας και ενισχύουν την ικανότητά μας να σχεδιάζουμε αποτελεσματικότερες στρατηγικές για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής.

Η ζωή εν πλω

Η ζωή στο πλοίο είναι απαιτητική και χρειάζεται μεγάλη προσαρμοστικότητα. Οι βάρδιες στο εργαστήριο ή στο κατάστρωμα ήταν πολύωρες, και η συνεργασία μεταξύ των 25 μελών της αποστολής (13 επιστήμονες και 12 άτομα πλήρωμα) είναι συνεχής.

Η καθημερινότητα καθοριζόταν από ένα αυστηρό πρόγραμμα, ακόμα και τα γεύματα γίνονταν σε προκαθορισμένες ώρες και με γρήγορους ρυθμούς, σχεδόν «στρατιωτικού τύπου». Σε συνθήκες κακοκαιρίας, με μεγάλα κύματα και συνεχή κίνηση τους σκάφους, η κόπωση αυξάνεται κατακόρυφα, ενώ παράλληλα πρέπει να εργαστείς, να ξεκουραστείς, να κάνεις μπάνιο και να φας, όλα μέσα σε ένα περιβάλλον που δεν σταματά ποτέ να κινείται.

Η επικοινωνία με τον έξω κόσμο υπάρχει αλλά είναι περιορισμένη, γεγονός που εντείνει την αίσθηση απομόνωσης αλλά και εστίασης στην αποστολή. Παρ’ όλα αυτά, μικρές στιγμές χαλάρωσης, όπως η παρακολούθηση φαλαινών και θαλασσοπουλιών, η θέα του ηλιοβασιλέματος, η αστροπαρατήρηση ή η θέα των παγετώνων, έρχονται να αντισταθμίσουν την κόπωση και να ενισχύσουν τους δεσμούς μεταξύ των ανθρώπων στο πλοίο.

Η θάλασσα διδάσκει ανθεκτικότητα και ευελιξία: καταιγίδες, βλάβες οργάνων ή απρόβλεπτα ευρήματα μπορούν να αλλάξουν τα σχέδια μέσα σε λίγα λεπτά. Άλλωστε όπως είχε πει ο γνωστός Ωκεανογράφος Ζακ-Υβ Κουστώ: «Η θάλασσα, μόλις σε μαγέψει, σε κρατά για πάντα στο δίχτυ των θαυμάτων της».

(α) Η θέα του ουράνιου τόξου μετά από μια εκτεταμένη καταιγίδα, (β) ένα πεινασμένο θαλασσοπούλι ακολουθώντας την πορεία του πλοίου με φόντο έναν παγετώνα στη Θάλασσα της Γροιλανδίας. © Μαρία Παπαδάτου