Tijdens onze tocht van ruim 3 weken zullen we vanuit warme wateren, naar het koudere noorden varen, waar we ter hoogte van Newfoundland (Canada) de oversteek over de Atlantisch Oceaan maken naar Ierland. Aan boord hebben we, naast de onmisbare bemanning, een geweldig team van wetenschappers en wordt er onder andere onderzoek gedaan naar primaire producenten (eencellige algen of ook wel fytoplankton genaamd), cyanobacteriën, virussen, anti-broeikas gassen, mixotrofen (organismen die energie kunnen verkrijgen door het zelf te produceren of door zich te voeden), pteropoden (prachtige kleine zeevlinders) en worden er foraminiferen (eencelligen met een kalkskelet) bemonsterd die kunnen helpen bij het maken van klimaatreconstructies. Naast dat iedereen zich focust op z’n eigen vakgebied, wordt er tijdens deze cruise ook zoveel mogelijk samengewerkt om zo kennis te combineren en tot nieuwe inzichten te komen.

We zijn nog maar 5 dagen onderweg, maar hebben nu al veel werk verricht met z’n allen! Nadat we donderdagochtend allemaal door de controles en douane zijn gekomen, begon het avontuur pas echt: we stapten aan boord van de RV Pelagia. Het schip is zo’n 66 meter lang, maar groot genoeg om (zeker de eerste dag) regelmatig je oriëntatie te verliezen. Nadat we met z’n allen de laatste zogenaamde stores (eten, drinken) het schip ingeladen hadden en door middel van een veiligheids-instructie en tour het schip hadden beter hadden leren kennen, konden we donderdagavond vertrekken.

De eerste monsters werden vrijdag al genomen; als de 2 NICO Master studenten (NICOs) tijdens Leg 8 hebben we de vaste taak om monsters te nemen die tijdens de gehele NICO expeditie genomen worden (elke leg door andere NICOs). Dit varieert van plankton biomasssa monsters elke 6uur d.m.v. de Plankton Pomp tot watermonsters van algen, bacteriën en virussen voor tellingen en genetische analyse door andere wetenschappers. Meer over onze NICOs bemonsteringen in een latere blog. 

Eerste stationsdag
Zaterdag hadden we de eerste ‘stationsdag’. Bij een station liggen we even stil om allerlei apparatuur over boord te hangen en zo monsters van oceaanbodem (sediment) en water van verschillende diepten te kunnen nemen. Aangezien we nog een lange reis voor de boeg hebben, is de tijd kostbaar. Daarom moet het bemonsteren zo snel en georganiseerd mogelijk gebeuren en worden de experimenten en andere vervolgstappen uitgevoerd op een varend schip. En werken op zo’n slingerend schip is toch wel even wat anders dan in een laboratorium op het vasteland. Maar na een aantal extra blauwe plekken en anti-zeeziekte pleisters, zijn we inmiddels goed gewend en ingewerkt, dus helemaal klaar voor de volgende stations!

Ons team
Inmiddels zijn we al ruim een week onderweg en varen we ten Zuidoosten van New Foundland, Canada. Tot nu toe hebben we al allerlei weerssituaties meegemaakt: van een prachtige blauwe lucht en een heerlijk zonnetje tot windkracht 8/9, onweer en hoge golven (lees: wegglijdende spullen). En hoe meer we richting het noorden varen, hoe kouder en stormachtiger het gaat worden. Die temperatuurgradiënt, dat is voor veel onderzoeken hier aan boord erg interessant. Om hier meer over te weten te komen stellen we hieronder het wetenschapsteam aan jullie voor.

Ontmoet de wetenschappers aan boord:
Expeditieleider Corina Brussaard, NIOZ en Universiteit van Amsterdam, gezamenlijk met de lab-technicus Santiago Gonzales, onderzoeken ze hoe fytoplankton, ofwel eencellige algen, doodgaan. De vraag is of de algen sterven doordat ze worden opgegeten (begraasd) of doordat virussen de algen binnendringen en het membraan afbreken (virale lysis). Corina’s team heeft recentelijk aangetoond dat een groot deel van de fytoplankton in de noordoostelijke Atlantische Oceaan sterft door infectie van virussen. Daarnaast toonden ze aan dat er een verschuiving plaatsvindt van het noorden (veel begrazing) naar het zuiden (waar de virussen de voornaamste oorzaak van de sterfte zijn). Dit heeft een sterke invloed op de biochemische fluxen en de productiviteit van het ecosysteem. Tijdens deze cruise wordt de invloed van virale lysis en begrazing in de westelijke Atlantische Oceaan bepaald. Daarnaast worden er watersamples verzameld (met daarin vele virussen, bacteriën en algen) van verschillende locaties en dieptes, met als doel te kijken naar hoeveel en wie precies (mbv genetisch DNA onderzoek) te vinden zijn in de wateren van de Bahamas naar Ierland.

Algen die klimaatgassen produceren
Maria van Leeuwe en Jacqueline Stefels, beiden werkzaam aan Rijksuniversiteit Groningen, kijken ook naar algen, maar dan in relatie tot de productie van klimaatgassen. Er zijn wereldwijd ontzettend veel verschillende soorten fytoplankton, en elke groep heeft zo z’n eigen kenmerken. Maria focust zich onder andere op de vraag welke algengroepen waar voorkomen. Daarnaast wordt er samen met Jacqueline gekeken naar de productie van DMSP (dimethylsulfoniopropionate). DMSP is een anti-stress molecuul dat vrij komt bij sterfte. Vervolgens kan dit molecuul afgebroken worden tot het gas DMS (dimethylsulfide). Dit wordt gezien als anti-broeikas gas, aangezien dit gas een positieve invloed heeft op de ontwikkeling van wolken als het eenmaal vrijkomt in de het atmosfeer. Een veranderende oceaan zal ook een invloed hebben op algensamenstelling en hoe gezond ze zijn, met mogelijk een verhoogde productie van DMSP. Om voorspellingen te doen over het klimaat van de toekomst en de rol die de oceanen hierin spelen is het van belang meer over dit proces te weten te komen.

Mixotrofen
Daarnaast hebben we nog een microbioloog aan boord: Susanne Wilken van de Universiteit van Amsterdam. Zij werkt aan mixotrofen, kleine organismen die niet alleen energie kunnen verkrijgen door het zelf te produceren (autotroof) maar ook door zich met andere organismen te voeden (heterotroof). We weten al vrij veel over autotrofie en heterotrofie, maar over mixotrofie is nog relatief weinig bekend. Susanne onderzoekt mbv DNA onderzoek of mixotrofen voorkomen en wat de invloed van voedingszouten en licht is op het voorkomen van mixotrofie. Op het achterdek van het schip staan grote bakken waarin Susanne, maar ook de andere microbiologen, watermonsters met en zonder toegevoegde voedingsstoffen (bij juiste watertemperatuur en lichtintensiteit) kunnen incuberen en volgen over de tijd.  

Corina, Maria, Jacqueline en Susanne werken tijdens deze cruise veel samen, juist omdat de verschillende factoren (primaire productie, vrijkomen van DMS, virale lysis, begrazing en mixotrofie) met elkaar samenhangen.

Vleugelslakjes
Van virussen en phytoplankton naar de iets grotere organismen: aan boord van Leg 8 wordt ook onderzoek gedaan naar prachtige vleugelslakjes, ook wel pteropoden genoemd. Lisette Mekkes en Le Qin Choo zijn twee PhD studenten van Naturalis die werken aan de biogeografische verspreiding van pteropoden. Met een net, dat voor een korte periode achter de boot aan gesleept wordt op zo’n 100 meter diepte, worden de pteropoden bemonsterd. Ze onderzoeken hoe goed pteropoden zich kunnen aanpassen aan oceaan verzuring. Le Qin bestudeert de genetische variatie tussen verschillende populaties in de verschillende regio’s van Atlantische Oceaan, en Lisette focust zich op de snelheid van calcificatie van de schelpen van deze organismen. De pteropoden zijn veeleisend en lastig om in leven te houden, maar toch is het Lisette gelukt om ze aan boord te laten eten en experimenten uit te voeren.

Reconstructie van het klimaat
Ook aan boord zijn Martin Ziegler en zijn PhD student Ilja Kocken, beiden van Universiteit Utrecht, zij zijn geïnteresseerd in het reconstrueren van het klimaat van het verre verleden. Ze gebruiken hiervoor onder andere foraminiferen, wiens voorkomen iets zegt over de watertemperatuur of het kooldioxide gehalte. De fossielen van deze kalkhoudende organismen in de oceaanbodem worden vaak gebruikt voor paleoklimatologische studies. Door hedendaagse foraminiferen te bemonsteren die in de waterkolom en in de top van het sediment voorkomen, kunnen de gebruikte methodes beter geijkt worden en zo een beter inzicht geven in het klimaat van het verleden.

Filmmaker Karin Schagen
Naast al deze wetenschappers, hebben we ook nog een wetenschaps-film regisseur aan boord: Karin Schagen. Ook voor haar is deze reis een mooie uitdaging: interviewen, filmen, editen en daarbij zorgen voor een goede verhaallijn over uiteenlopende onderzoeksonderwerpen. Tijdens dag èn nacht en in goed èn slecht weer. En daar komt nog eens bij dat iedereen druk heen en weer loopt tijdens de bemonsteringsactiviteiten, en we dus regelmatig haar beeld doorkruizen.

Natuurlijk kunnen we niet werken zonder de zeetechnici Martin Laan, Yvo Witte en de scheepsbemanning! Aan boord hebben we naast de kapitein, een eerste en tweede stuurman, een eerste en tweede machinist, een bootsman, drie matrozen, een kok en een steward. Zo zorgen we er met zijn allen voor dat dit een productieve en onvergetelijke reis wordt. Voor nu laten we het hierbij, maar de bemanning komt zeker nog een keer uitgebreider aan bod

Margot en Megan

Leg 8 | Back to the eastern Atlantic

We’re off! The great voyage back to the eastern Atlantic Ocean, taking the NICO expedition from the Bahamas up the coast of the US, and finally “popping” over the ocean back to Ireland, has begun. We are against the clock with thousands of nautical miles of transit. The name of this intrepid, scientific, whacky races style journey: Leg 8! 

We boarded the RV Pelagia at Nassau, the Bahamas, on Thursday 5th of April. Excited and jittery with anticipation, we (Margot and Megan; the 2 selected NICOs or NICO MSc students) assembled with our new cruise mates in the lobby of our hotel. We were loaded into the shipping agent’s car and brought to the technicolour cruise terminal where, after being asked whether we wanted our hair braided or a rum filled coconut by the tourist stands, we were ushered through immigration. In the sweatiest security room ever we were quizzed by an officer who appeared baffled by our scientific equipment and various empty tubes brought along last moment. Finally through the security doors, we caught our first glimpse of the ship we were to call home for the next month. Next to the gigantic cruise ships in the vicinity, the Pelagia appeared petite yet respectable, and somewhat more elegant. The proud words “Sea Research” adorn its side, words that we have stuck to for the past 5 days.

After setting sail, we, the NICOs, were the first to collect samples: the Plankton Pump was set up on the first day at sea and by 9 pm on the 6th of April we had a pinky-orange smattering of plankton within our cod-end (the end of the net used to sample). If you have been following the cruise you may have heard of the Plankton Pump.

 For those who have not: plankton are small plants and animals floating in the sea. During the NICO expedition there are a few so called parameters that are samples throughout the expedition. One of them is plankton biomass, collected using the Plankton Pump. Other parameters are retrieved from water samples that are taken approximately twice a week from different depths. Those are for other scientists (on board during leg 8), who study the microorganisms’ physiological health, abundances, and community composition within different biogeographic regions. We will blog about those parameters another time

Our team
The scientific team of Leg 8 is composed of viral ecologists, plankton-lovers, mixotroph enthusiasts, algae investigators, and muddy paleo-climatologists. Despite our different sub-disciplines, the desire to study the small things over a large temperature gradient unites us.  Maria van Leeuwe and Jacqueline Stefels (University of Groningen) study primary production by unicellular algae (phytoplankton), but also the production of a pre-cursor of the anti-greenhouse gas DMS. A warming ocean (due to global climate change) will change the composition and production of the phytoplankton, and may cause (extra) production of the anti-stress molecule DMSP, depending on which phytoplankton groups dominate. When phytoplankton die the DMSP is released and bacterial breakdown releases DMS that volatilizes from the surface ocean to the atmosphere, promoting cloud formation and subsequently cooling Earth.

Chief scientist Corina Brussaard (NIOZ & University of Amsterdam), together with lab-technician Santiago Gonzales, are investigating how phytoplankton die, i.e. either by being eaten (grazed) or by virus attack (viral lysis). Corina’s team has recently shown that viruses are responsible for a major part of phytoplankton mortality in the north-eastern Atlantic Ocean along a north-south temperature gradient. Moreover, a shift from grazing-domination in the north to a viral lysis-dominated situation in the south was reported, with strong effects on biogeochemical fluxes (e.g. carbon, nitrogen and phosphorus) and the overall productivity of the ecosystem. Here she studies viral lysis in comparison to grazing in the western Atlantic, whilst also collaborating with Maria and Jacqueline to study to what extent viral lysis plays a part in the release of DMSP from algal cells.

Collaboration is another theme within the overall NICO expedition. Similarly, Susanne Wilkins (University of Amsterdam), is collaborating with the other 3 (earlier mentioned) microbiologists. Susanne is interested in testing the hypothesis that mixotrophic organisms are more common than we know thus far. The conventional view is that organisms are either autotrophic (photosynthetic) or are heterotrophs (predators). Mixotrophs, however, show a combined use of photosynthetic and heterotrophic nutrition within a single organism; likely induced by either nutrient or energy-shortage. Who these mixotrophs are is largely still to be discovered. As we travel from a warm South to a colder North, nutrient availability changes, and so likely also the degree of mixotrophy. Therefore, incubations with and without nutrient additions are executed, studying grazing, viral lysis and mixotrophy at the same time.

The temperature gradient also affects the distribution of specific organisms. The two PhD candidates Le Qin Choo and Lisette Mekkes (both from Naturalis) love to work on the biogeographical dispersal of pteropods (sea butterflies). Being able to keep these animals alive on-board (as one of the first) allows them to perform feeding experiments and studying calcification rates of the pteropods’ shells. Furthermore, they study the adaptability of these invertebrates to ocean acidification. The interaction of hydrodynamics and atmospheric deposition of carbon dioxide, which is also mediated by temperature, creates pH gradients which affect calcification rates of the pteropods.

Having gone in this blog from surface ocean-orientated research slowly down to deeper waters, it is no surprise that we also have our own ‘deep ocean dwellers’ on board. Martin Ziegler and PhD student Ilja Kocken (both Utrecht University) are palaeontologists who are sampling sediments to reconstruct geological-period climate scenarios. During leg 8 they are also to take samples from different depths in the water column to sample for planktonic foraminifera in order to calibrate the way in which stable isotopes are used for paleo-reconstruction purposes. Specifically, climatic and oceanographic conditions of today affect distribution of the foraminifera whose tiny calcium carbonate shells ultimately accumulate on the seafloor, and as such this helps Martin and Ilja to validate the way we gain insight into the carbon dioxide concentrations and temperatures of eras gone by.

We have a research team with different needs for when to sample, i.e. varying from those who need samples at night, down, in the day or at an exact location. As such we are impressed that TV-producer Karin Schagen, who is also on board, is filming or interviewing no matter what time we are collecting, processing or analysing our samples. Karin combines singlehanded the multiple jobs needed for making a movie. She is, furthermore, learning at record speed all there is to know about our research and at the same time creating interesting story lines.

Last but not least, none of the above would even be possible without the dedicated ship’s crew and the assistance of marine facilities experts Martin Laan and Yvo Witte. In summary, Leg 8 will cross various different oceanic provinces (biogeographic regions each with its specific biology) and we all will do our best to sample the ocean from top to bottom!

Stay tuned to follow our work and race against time to get back to Irish waters by the end of April.

Cheers from Megan, Margot and Corina!