Nieuw klimaat biostressmodel en sentinel-systeem voor het volgen van wereldwijde klimaateffecten

Op de omslag van het huidige nummer van het tijdschrift Cell Reports. Het dynamische klimaat van de aarde heeft biologische effecten die zich in de loop van de tijd en over de wereldwijde biosfeer manifesteren. Een nieuw voorgesteld klimaat biostress sentinel-systeem zou geavanceerde technologieën gebruiken om de effecten van door mensen gedomineerde, versnellende wereldwijde veranderingen te detecteren en te evalueren. Credit: Nicoletta Barolini

Een interdisciplinair team van wetenschappers van het Advanced Science Research Center aan het CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) heeft een conceptueel model en een integratief monitoringsframework onthuld dat is ontworpen om te onthullen hoe klimaatverandering het leven op de planeet onder druk zet.

Hun studie, deze week gepubliceerd in Cell Reports Sustainability, introduceert het concept van het Klimaat BioStress-model en stelt de adoptie voor van een integratief Klimaat BioStress Sentinel Systeem (CBS3), dat de manier waarop onderzoekers, beleidsmakers en gemeenschappen klimaatbedreigingen detecteren, begrijpen en erop reageren, kan transformeren.

Het onderzoek begint vanuit eenvoudige maar dringende vragen: Wat is de impact van klimaatverandering op de levende koninkrijken van de aarde, en kunnen deze effecten systematisch worden gedetecteerd? Het antwoord van het team is dat klimaat biostress zich manifesteert als detecteerbare biologische signalen—variërend van genetische verschuivingen tot veranderingen in individuele organismen en hele ecosystemen—die kunnen dienen als vroege waarschuwingssignalen voor klimaatgedreven veranderingen.

“Leven heeft altijd de afdruk van stress gedragen in zijn biochemie, fysiologie en gedragingen,” zei de hoofdauteur van de studie, Charles J. Vörösmarty, oprichter en directeur van het CUNY ASRC Environmental Science Initiative en Einstein Professor van Aarde- en Milieuwetenschappen aan het CUNY Graduate Center, en van Geografie aan Hunter College.

“Door deze stresssignaturen systematisch te identificeren over soorten en ecosystemen, kunnen we de cascade-effecten van klimaatverandering beter begrijpen en realtime inzichten bieden voor mitigatie. Dit omvat mensen en onze sociale en gebouwde infrastructuren.”

Een sentinel systeem voor een gestreste biosfeer

CBS3 wordt voorgesteld als een wereldwijd, multi-schaal netwerk voor het detecteren en integreren van klimaatstressindicatoren over biologische, gebouwde en sociale infrastructuren—wat het bijzonder geschikt maakt voor inzet in dichtbevolkte stedelijke omgevingen. Het systeem maakt gebruik van geavanceerde tools zoals genomische sequencing, biochemische analyse, geavanceerde sensor technologieën, kunstmatige intelligentie en sociaal-omgevingsdata om de huidige omstandigheden te benchmarken en veranderingen in de loop van de tijd bij te houden.

De studie benadrukt een reeks sentinelorganismen en -soorten die als meetbare indicatoren kunnen dienen, waaronder:

• Microben en fytoplankton, die broeikasgassen en zuurstofproductie reguleren
• Amfibieën, die al lang worden erkend als zeer gevoelig voor milieuwijzigingen
• Vaste organismen zoals koralen en bomen, waarvan de groeipatronen langdurige klimaatstress registreren
• Lichenen en andere symbionten die gevoelig zijn voor hitte en vervuiling

CBS3 zou ook mensgerichte data integreren—van overheidsregisters tot sociale media—om vast te leggen hoe klimaatstress door samenlevingen en economieën weerklinkt. Het onderzoeksteam stelt ook een uitgebreide toepassing voor van door burgers verzamelde milieudata met behulp van geavanceerde microsensoren die in woningen of bedrijven kunnen worden geïnstalleerd of als draagbare kleding door miljoenen mensen kunnen worden gedragen. Deze data kunnen vervolgens via mobiele telefoons worden geüpload om een bijna realtime, geïntegreerd beeld van biostress te geven, wat de onderzoekers vergelijken met een weersbericht voor klimaatstress.

Een pan-wetenschappelijk groot probleem

De ontwikkeling en implementatie van CBS3 vertegenwoordigt wat de auteurs een “pan-wetenschappelijk groot probleem” noemen dat zich over ten minste 12 ordes van grootte in ruimte en tijd uitstrekt—van moleculaire chemie tot planetaire dynamiek. Hoewel er technische uitdagingen blijven bestaan, betoogt de studie dat de wetenschap klaar is voor een eerste uitrol van op sentinel gebaseerde systemen.

“Door operationele tracking van klimaat effecten op meerdere systemen te bieden, sluit onze studie aan bij het One Health-concept dat data van mensen, dieren en ecosystemen integreert,” zei mede-auteur Patrizia Casaccia, oprichter en directeur van het CUNY ASRC Neuroscience Initiative en Einstein Professor van Biologie en Biochemie aan het CUNY Graduate Center.

“We stellen voor dat de implementatie van sentinel-systemen, inclusief data over planten, microben, dieren, mensen, water en bodem, een belangrijk hulpmiddel zou bieden voor het monitoren van de impact van klimaatstressoren en het testen van de effectiviteit van eventuele wereldwijde verplichtingen die rond een dergelijk sentinel-systeem zijn gebouwd. Over het geheel genomen zouden deze benaderingen beleidsbeslissingen informeren en investeringen in klimaatrespons begeleiden.”

“Hoewel klimaatadaptatie gericht is op het beschermen van mensen en sociale en economische systemen, toont ons werk aan dat alleen adaptatie onvoldoende zal zijn,” voegde mede-auteur Kevin Gardner toe, oprichter en directeur van het CUNY ASRC Structural Biology Initiative en Distinguished Professor van Scheikunde en Biochemie aan het City College of New York.

“CBS3 biedt een manier om klimaatstress vroegtijdig te detecteren en meer effectieve, datagestuurde reacties te mobiliseren die mitigatiestrategieën kunnen begeleiden om de impact op de biosfeer te minimaliseren.”