Show simple item record

dc.contributor.advisorGradinger, Rolf
dc.contributor.authorVonnahme, Tobias
dc.date.accessioned2021-02-12T14:21:55Z
dc.date.available2021-02-12T14:21:55Z
dc.date.issued2021-03-11
dc.description.abstractMarine microbes are crucial for the marine food web and carbon cycle. Algae are the main source of organic matter in the oceans with algae blooms triggering reoccurring bacterial succession patterns. Bacteria can recycle nutrients from organic matter coming from land or algae, fueling regenerated primary production. Terrestrial freshwater inputs can have substantial impacts on Arctic marine microbes via import of nutrients, organic matter, and sediments, and via changing the marine hydrography. The aims of this PhD thesis are i) to summarize the current knowledge about microbial ecology in the Arctic seasonal ice zone, ii) to study the effects of terrestrial inputs from rivers and glaciers on the microbial food web over different seasons, and iii) to dive into algae-bacteria interactions with a focus on the importance of regenerated production. We provide evidence that subglacial upwelling is an important process in a tidewater glacier-influenced fjord on Svalbard in spring, a previously understudied season. Subglacial upwelling lead to increased surface water nutrients, a stratified surface layer, and brackish sea ice. At the glacier front, microbial communities were significantly different compared to a sea-ice edge reference site. Phytoplankton primary production was two orders of magnitude higher at the glacier site compared to the reference site, due to upwelling related nutrient inputs and potentially also stratification and a thinner snow cover. During the spring freshet and in summer we investigated the impacts of river runoff on bacterial and archaeal communities with detailed considerations of environmental drivers. We found significant differences between bacterial communities during the spring freshet and late summer, mainly controlled by the concentrations and properties of dissolved organic matter, nutrient concentrations, and fjord hydrography. We recreated major algal spring bloom dynamics in an experimental study with algae-bacteria co-cultures. I used the experimental data to extend a commonly used dynamic algal growth model improving the modeling of multi-nutrient limitations and bacterial remineralisation. The work within this thesis demonstrates that microbial communities and functions are highly regulated by environmental constraints in the coastal seasonal ice zones.en_US
dc.description.abstractMarine mikrober er avgjørende for hele det marine næringsnettet og for karbonsyklusen. Alger er den viktigste kilden til organisk material i havet med algeoppblomstringer som utløser gjentatte suksesjonsmønstre fra forskjellige mikroorganismer. Bakterier kan bryte ned organisk material fra alger eller land og resirkulere næringsstoffer som gir næring til regenerert primærproduksjon. Terrestriske tilførsler av ferskvann, organisk material, næringssalter og sediment har sterk innvirkning på arktiske marine systemer der bakterier og alger er tett forbundet gjennom en rekke interaksjoner. Målet med denne doktorgradsavhandlingen er i) å oppsummere den nåværende kunnskapen om mikrobiell økologi i den arktiske issonen, ii) å studere effekten av terrestriske tilførsler fra elver og isbreer på det mikrobielle næringsnettet over forskjellige årstider, og iii) å utforske interaksjoner mellom alger og bakterier. Vi viser at subglasial oppstrømning er viktig i vinter/vår i et fjordsystem med sjøis på Svalbard, som er en undervurdert årstid. Subglasial oppstrømning har betydelige konsekvenser for mikrobielle samfunn og for karbonsyklusen. Vi fant betydelige forskjeller i mikrobielle samfunn, spesielt i sjøisen ved brefronten. Primærproduksjon av fytoplankton ble betydelig økt ved brefronten på grunn av tilskudd av næringsstoffer, men også på grunn av lagdeling og et tynnere snødekke. I løpet av våren og på sensommeren studerte vi innvirkningene av avrenning fra elven på bakterie- og arkeasamfunn, med et særlig hensyn til miljømessige drivere, som organisk material, tilførsel av næringssalter og fjordhydrografi. Vi fant signifikante forskjeller mellom bakteriesamfunn i løpet av våren og sensommeren, hovedsakelig kontrollert av konsentrasjonene og egenskapene til organisk material, næringssaltkonsentrasjoner og fjordhydrografi. Vi fikk kulturer av våroppblomstrende alger og tilknyttede bakterier fra Van Mijenfjorden og gjenskapte våroppblomstringsdynamikk. Vi brukte dette eksperimentet til å utvide en kjent modell for å representere begrensninger med flere næringsstoffer og bakteriell remineralisering og for å diskutere hvor betydelig det er å inkludere disse. Oppsummert viser arbeidet i denne oppgaven at samfunnet og funksjoner av mikroorganismer er sterk regulert av miljøet som organisk material, næringssalter, lys, og hydrografi.en_US
dc.description.doctoraltypeph.d.en_US
dc.description.popularabstractThis thesis studies the impacts of land-fjord interactions on the community and functions of microorganisms in Svalbard based on fieldwork, culture experiments, modeling and a review paper. It demonstrates that subglacial outflow in a marine-terminating glacier under sea ice during winter/spring increased phytoplankton CO2 fixation through upwelling while ice algal growth was inhibited through altered ice properties. Inflow from rivers in spring also had strong impacts on bacteria communities and potential functions with strong seasonality. The rivers can feed bacteria with dissolved organic material, or nutrients, and change the water layering of the fjord. An experimental study provided strong evidence for bacterial algal interactions, which were incorporated into an algal growth model. The studies combined demonstrate the importance of microbial communities in the coastal seasonal ice zones.en_US
dc.description.sponsorship1) ArcticSIZE project - A research group on the productive Marginal Ice Zone at UiT (grant no. 01vm/h15). - 2)Arctic Field Grants of the Svalbard Science forum (project numbers: 282622, 282600, 296538, 281806 / RiS numbers: 10889, 10914). - 3) publication charges by: i) publication fund of UiT - The Arctic University of Norway and ii) by the Alfred Wegener Institute. - 4) TerrACE project; project number: 268458), - 5) Fram Center Flagship “Fjord and Coast” grant (FreshFate; project number 132019) - 5) Individual grants allocated to Rodger Harvey, Kim Præbel, and the Max-Planck institute in Bremen.en_US
dc.identifier.isbn978-82-8266-193-5
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10037/20570
dc.language.isoengen_US
dc.publisherUiT The Arctic University of Norwayen_US
dc.publisherUiT Norges arktiske universiteten_US
dc.relation.haspart<p>Paper I: Vonnahme T.R., Dietrich U. & Hassett B.T. (2020). Progress in Microbial Ecology in Ice-Covered Seas. In Jungblut, S., Liebich, V. & Bode-Dalby, M. (Eds), <i>YOUMARES 9 - The Oceans: Our Research, Our Future</i> (pp. 261-277). Springer, Cham. Also available at <a href=https://doi.org/10.1007/978-3-030-20389-4_14>https://doi.org/10.1007/978-3-030-20389-4_14</a>. <p>Paper II: Delpech, L., Vonnahme, T.R., McGovern, M., Gradinger, R., Præbel, K., Poste, A. Terrestrial Inputs Shape Coastal Microbial Communities in a High Arctic Fjord (Isfjorden, Svalbard). (Submitted manuscript). Now published in <i>Frontiers in Microbiology, 2021, 12</i>, 614634, available at <a href=https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.614634>https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.614634</a>. <p>Paper III: Vonnahme, T.R., Leroy, M., Thoms, S., van Oevelen, D., Harvey, H.R., Kristiansen, S., … Voelker, C. Modelling Silicate–Nitrate-Ammonium co-limitation of algal growth and the importance of bacterial remineralisation based on an experimental Arctic coastal spring bloom culture study. (Submitted manuscript). Now accepted for publication in <i>Biogeosciences Discussions</i>, preprint available at <a href=https://doi.org/10.5194/bg-2020-314>https://doi.org/10.5194/bg-2020-314</a>. <p>Paper IV: Vonnahme, T.R., Persson, E., Dietrich, U., Hejdukova, E., Dybwad, C., Elster, J., Chierci, M., Gradinger, R. Subglacial upwelling in winter/spring increases under-ice primary production. (Submitted manuscript). Currently under review in <i>The Cryosphere</i>, preprint available at <a href=https://doi.org/10.5194/tc-2020-326>https://doi.org/10.5194/tc-2020-326</a>.en_US
dc.relation.isbasedonData for Paper II: Delpech, L.-M., Vonnahme, T.R., Praebel, K. & Wangensteen, O. (2020). Replication Data for: "Terrestrial Inputs Shape Coastal Microbial Communities in a High Arctic Fjord (Isfjorden, Svalbard)". DataverseNO, V1. <a href=https://doi.org/10.18710/JDWLVA>https://doi.org/10.18710/JDWLVA</a>.en_US
dc.relation.isbasedonData for Paper III: Vonnahme, T.R., Leroy, M., Thoms, S., van Oevelen, D., Harvey, R., Kristiansen, S., ... Völker, C. (2020). Replication data for: "Modelling Silicate – Nitrate - Ammonium co-limitation of algal growth and the importance of bacterial remineralisation based on an experimental Arctic coastal spring bloom culture study". DataverseNO, V1. <a href=https://doi.org/10.18710/VA4IU9>https://doi.org/10.18710/VA4IU9</a>.en_US
dc.relation.isbasedonData for Paper IV: Vonnahme, T.R., Persson, E., Dietrich, U., Hejdukova, E., Dybwad, C., Chierci, M. & Dubourg, P. (2020). Replication data for: "Subglacial upwelling in spring increases under-ice primary production". DataverseNO, V2. <a href=https://doi.org/10.18710/MTPR9E>https://doi.org/10.18710/MTPR9E</a>, UNF:6:MLV0H3Vgb9Fym3EfSnAsqg== [fileUNF]en_US
dc.rights.accessRightsopenAccessen_US
dc.rights.holderCopyright 2021 The Author(s)
dc.subject.courseIDDOKTOR-002
dc.subjectVDP::Matematikk og Naturvitenskap: 400::Geofag: 450::Oseanografi: 452en_US
dc.subjectVDP::Matematikk og Naturvitenskap: 400::Basale biofag: 470::Generell mikrobiologi: 472en_US
dc.subjectVDP::Matematikk og Naturvitenskap: 400::Basale biofag: 470::Bioinformatikk: 475en_US
dc.subjectVDP::Matematikk og Naturvitenskap: 400::Zoologiske og botaniske fag: 480::Marinbiologi: 497en_US
dc.subjectVDP::Matematikk og Naturvitenskap: 400::Zoologiske og botaniske fag: 480::Økologi: 488en_US
dc.titleMicrobial diversity and ecology in the coastal Arctic seasonal ice zoneen_US
dc.typeDoctoral thesisen_US
dc.typeDoktorgradsavhandlingen_US


File(s) in this item

Thumbnail
Thumbnail

This item appears in the following collection(s)

Show simple item record