science

An alpine glacier: black tardigrades, microplastic and other interesting facts (Czarne niesporczaki, mikroplastik i inne ciekawostki na alpejskim lodowcu)

IMG_9535.1

Forni Glacier. Lodowiec Forni.

For a biologist who works on organisms and biological processes on the surface of glaciers the season is definitely over. This means it is time to write about the last expedition to Forni. The Forni Glacier is one of the largest glacier located in the Italian part of the Alps. When compared to other stunning glaciers in the area, Forni amazes with its beauty and majestic grandeur. In the world of science, Forni is known due to numerous publications, the list of which I was happy to supplement owing to participation in the last year’s expedition to the glacier (report from the expedition here). During the last field works, we collected material for laboratory analyzes and conducted field experiments.

For years scientists from Italy have been conducting microbiological research on Forni which was just one of the numerous projects. Research conducted by a group of professors Andrea Franzetti and Roberto Ambrosini are being constantly expanded, owing to which Forni may become one of the best-known glacier in the world. Results presented in one of the recently published papers, for the first time show seasonal changes of bacteria responsible for primary production, and heterotrophic bacteria on the ice surface (see paper here), but also the biodegradation of pesticides by the same bacteria (as I have already written). Recently, the Forni glacier has become famous since it is the first glacial location where the study of the presence of microplastics has been conducted. Probably, if it was not for microplastic, the place would not have a sad  fame. Unfortunately, the ice surface is covered with plastic particles (see here).

Studies on microscopic animals done last year on the Forni glacier revealed surprising results. It turned out that cryoconite holes are dominated by one group of animals and these are black-coloured tardigrades. The dark pigment probably protects them against high UV doses on the surface of glaciers. Usually, several species of these animals live in samples of bryophytes or lichens, but unlike the above mentioned habitats, the Forni glacier is dominated by only one group representing one species, which is called Hypsibius klebelsbergi. This type of phenomenon is extremely rare in nature. On the contrary, we found there are springtails (Collembola), forming  huge groups resembling black spots under the stones on the surface of the glacier. There are hundreds of individuals in one such spot. Due to their diet and very high densities both tardigrades and springtails most probably affect matter flow on the ice surface.

DSC07482

Glacier Collembola. Lodowe skoczogonki.

Figure 3

Glacier tardigrade Hypsibius klebelsbergi. Lodowy niesporczak Hypsibius klebelsbergi.

In addition, we were the first scientists to show that tardigrades living in cryoconite holes are able to survive total desiccation. This extraordinary ability can be very important in the so-called passive dispersion that is transferring light and dried tardigrades by the wind to other glaciers, which we also confirmed using a DNA analysis. We found exactly the same genetic specimens on the Forni Glacier as on glaciers located hundreds of kilometres away. The only way of transport could have been the wind which had to leave dried tardigrades on the surface of ice. In turn, they woke up from sleep (anhydrobiosis) and joined the group of the remaining tardigrades staying alive in cryoconite holes. These studies bring us more questions and inspirations. Tardigrades inhabiting alpine cryoconite holes live at constantly low temperatures. They can be frozen and thawed, and finally, it turns out they can also be dried. From the point of view of biotechnology, such animals are a treasure. For example, they can be the source of active enzymes in low temperature or hide the secrets of an ideal UV protection cream.

water bears dominated

First page of the article presenting the results of studies conducted on Forni Glacier last year. Pierwsza strona artykułu prezentującego wyniki badań na lodowcu Forni zrealizowanych podczas zeszłorocznej wyprawy.

Following the last year’s research, we met on the Forni Glacier again to continue biology research, but also the survey on the contamination of cryosphere. A group of Italian scientists carried out intensive research on the transport of microplastics to ice ecosystems. The main goal was to determine what the way roads of transport of microplastics to glaciers are. Is it via air, climbers or maybe scientific activities? This year, the expedition resembled a comedy. Roberto Ambrosini was running around the glacier with metal buckets to catch the microplastic, while Andrea Franzetti avoided  using plastic devices and contaminating samples with clothes, due to which he was walking across the glacier in wooden clogs, shorts and a surgical coat. During my expedition, I aimed to expand the amount of cryoconite sediments for laboratory tests, as well as continue the study on the heterogeneous distribution of organisms in cryoconite holes (about which I am writing here). Therefore, I was running on the Forni Glacier with sterile containers and cleaned the ice from the sediments in which animals live. These animals will be used for biomass estimations conducted within project OPUS granted to me this year. Finally, together with Francesca Pittino, we designed an experiment in which we tried to form artificial cryoconite holes. You have to wait for the results of the research but now I invite you to see photos from this year’s trip in the gallery.

Forni 20182019

Forni Glacier in 2018 and 2019 (find differences). Lodowiec Forni w zeszłym i obecnym roku (znajdź różnice).

Sezon już się skończył, przynajmniej dla biologów zajmujących się powierzchnią lodowców, dlatego nadszedł czas, aby napisać o ostatniej wyprawie na Forni. Lodowiec Forni to jeden z największych lodowców zlokalizowanych we włoskiej części Alp. Zachwyca on swoim pięknem i majestatyczną wielkością na tle innych zlokalizowanych w tej okolicy. W świecie nauki Forni znany jest dzięki licznym publikacjom, do listy których mogłem się także przyłączyć, biorąc udział w zeszłorocznej ekspedycji na ten lodowiec (relacja z wyprawy tutaj). Podczas ekspedycji  zbieraliśmy głównie materiał do analiz laboratoryjnych oraz prowadziliśmy eksperymenty terenowe.

Od lat na lodowcu Forni naukowcy z Włoch prowadzą badania mikrobiologiczne, ale nie tylko. Badania prowadzone przez grupę profesorów Andrea Franzetti i Roberto Ambrosini są cały czas poszerzane, dzięki czemu, już niedługo Forni może stać się jednym z najlepiej poznanych lodowców na  świecie. To właśnie tam opisano po raz pierwszy sezonowe zmiany bakterii odpowiedzialnych za produkcję pierwotną i inne procesy na powierzchni lodu (artykuł dostępny tutaj), ale też biodegradację pestycydów przez te same bakterie (o czym już pisałem). W ostatnim czasie lodowiec Forni stał się sławny, ponieważ jest pierwszym, na którym przeprowadzono badania obecności mikroplastiku. Pewnie nie byłoby o tym głośno, gdyby tego plastiku tam nie było…niestety jest go tam niemało (artykuł na ten temat znajdziesz tutaj). Z kolei zeszłoroczne badania mikroskopijnych zwierząt na lodowcu Forni przyniosły zaskakujące rezultaty. Okazało się, że otwory kriokonitowe są zdominowane przez jedną grupę zwierząt i są nimi czarno ubarwione niesporczaki. Ciemny pigment chroni je najprawdopodobniej przed wysokimi dawkami UV na powierzchni lodowców. Zwykle w próbkach mszaków lub porostów żyje kilka gatunków tych zwierząt, w przeciwieństwie do tych siedlisk, lodowiec Forni jest zdominowany tylko i wyłącznie przez jednego przedstawiciela, który nazywa się Hypsibius klebelsbergi. Tego typu fenomen w naturze przytrafia się niezwykle rzadko. Z kolei pod kamieniami na powierzchni lodowca ukrywają się skoczogonki, tworząc olbrzymie zgrupowania przypominające czarne plamy. W jednym takim zgrupowaniu są setki osobników. Zarówno niesporczaki jak i skoczogonki poprzez swoją dietę i istotnie duże zagęszczania prawdopodobnie wpływają na obieg materii na powierzchni lodu.

Ponadto, jako pierwsi naukowcy pokazaliśmy, że niesporczaki żyjące w kriokonitach są zdolne przeżyć całkowite wysuszenie. Ta niezwykła zdolność może być bardzo istotna w tzw. biernej dyspersji czyli przenoszeniu lekkich i wysuszonych niesporczaków przez wiatr na inne lodowce, co również udało nam się potwierdzić. Znaleźliśmy dokładnie te same genetycznie osobniki na lodowcu Forni, co na lodowcach oddalonych o setki kilometrów. Jedyną drogą transportu mógł być wiatr, który musiał pozostawić zasuszone niesporczaki na powierzchni lodu, a te  wybudziły się ze stanu uśpienia i dołączyły do grona reszty niesporczaków żyjących w otworach kriokonitowych. Badania te pokazują jak mało jeszcze wiemy o zwierzętach na lodowcach. Nie dość, że żyją w permanentnie niskich temperaturach, można je wielokrotnie zamrażać i rozmrażać, to na koniec okazuje się, że można je także wysuszyć. Takie zwierzęta to skarbnica wiedzy  z punktu widzenia biotechnologii. Przykładowo, mogą być źródłem enzymów aktywnych w niskich temperaturach czy skrywać tajemnice idealnego kremu chroniącego przed UV.

Figure 2

Examples of sampled supraglacial habitats: a, b cryoconite hole, c mosses on supraglacial boulders, d dirt cones, e supraglacial debris (mixture of mineral debris and cryoconite), f debris/gravel from medial moraine. Przykłady środowisk z jakich pobieraliśmy próbki w 2018 roku: a, b otwory kriokonitowe, c mszaki na kamieniach, d stożki supraglacjalne, e osady kriokonitowe na powierzchni lodu, f żwir na morenie środkowej.

Idąc tropem zeszłorocznych badań, ponownie spotkaliśmy się na lodowcu Forni, aby kontynuować badania biologii, ale także zanieczyszczeń kriosfery. Grupa włoskich naukowców rozpoczęła intensywne badania dotyczące transportu mikroplastiku do ekosystemów lodowych. Głównym celem było sprawdzenie jakimi drogami mikroplastik dostaje się na lodowce, czy jest to powietrze, alpiniści, a może działalność naukowa? Podczas tegorocznej wyprawy Roberto Ambrosini biegał po lodowcu z metalowymi wiaderkami, aby łapać mikroplastik,  Andrea Franzetti chcąc uniknąć zanieczyszczenia próbek plastikiem z odzieży, chodził po lodowcu w drewnianych chodakach, krótkich spodenkach i płaszczu chirurgicznym. Ja w tym roku z kolei obrałem za cel przywiezienie jak największej ilości osadów kriokonitowych do badań laboratoryjnych, a także kontynuację badania zmienności organizmów w obrębie otworów kriokonitowych (o czym pisałem tutaj). W związku z czym, biegałem po lodowcu ze sterylnymi pojemnikami i czyściłem lód z osadów, w których żyją zwierzęta. Ponadto zwierzęta zebrane w tym roku wykorzystane zostaną także do analiz biomasy niesporczaków na lodowcach (prowadzonych w ramach przyznanego mi w 2019 grantu OPUS).

Na koniec, wspólnie z Francesca Pittino zaprojektowaliśmy eksperyment, w którym na lodowcu mają wytopić się otwory kriokonitowe, testujemy czy szybkość wytapiania się zależy od rodzaju zdeponowanego materiału na lodzie, jego koloru i zawartości materii organicznej (kriokonit, żwir, sterylny kriokonit). Na wyniki z tegorocznych badań trzeba poczekać, a teraz zapraszam do obejrzenia zdjęć z tegorocznej wyprawy w galerii.

Figure 6

Recovery success after desiccation of Hypsibius klebelsbergi in low (3 C) temperature between water, cryoconite andsand (‘‘Cryoconite +’’ and ‘‘Sand +’’ indicate doubled amount of material in which tardigrades were desiccated).

Sukces wybudzania się niesporczaków z lodowców (Hypsibius klebelsbergi) po zasuszeniu w różnym typie materiału: woda (water), kriokonit (cryoconite), podwójna ilość kriokonitu (cryoconitu+), piasek (sand), podwójna ilość piasku (sand+)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s