Environmental microbial diversity and anthropogenic impact on Lake Thingvallavatn basin

Abstract

Lake Thingvallavatn is a unique groundwater dependent ecosystem. The water originates from glacier melt water and precipitation falling over the basin, located north of the lake. The basin stretches approximately 1300 km2, largely consisting of wilderness that reaches Langjökull and Thórisjökull glacier in the north. The objectives of the study were to investigate the diversity of microbial communities of Lake Thingvallavatn and two fissures in its basin by differentiating the patterns of phylogenic composition and to establish a microbiological baseline that will enhance the understanding of this unusual ecosystem. In addition, one of the objectives was to evaluate environmental risks of anthropocentric activity to the lake by measuring potential faecal contamination. The results of this study indicate that microbial diversity in Lake Thingvallavatn is not as homogenous as one might think. Cell count and microbial diversity range significantly between sampling locations, showing differences among Lake Thingvallavatn and groundwater fissures in its basin. Furthermore, seasonal variation occurs in the lake but less variation was observed between different depth intervals. Diversity indices were used to estimate biodiversity at the sampling stations. Silfra shows the greatest diversity of all sampling stations in this study, followed by Flosagjá and Lake Thingvallavatn. Lake Thingvallavatn does not seem to follow a global distribution in microbial diversity compared to other freshwater lakes. The reasons behind this might be that Lake Thingvallavatn is a sub-artic lake ecosystem characterized by extreme conditions with especially low and stable water temperature that originates from the lake basin. Sequencing Archaea from Lake Thingvallavatn ecosystem proofed very difficult but members of Crenarcheaota and Euryarcaeota were found. Results show that faecal contamination is present in the lake. One location within Thingvellir National Park came back positive for both E. coli and Enterococcus spp. According to the Thingvellir National Park authorities, 15.126 scuba divers and snorkelers visited Silfra from March of 2013 to March of 2014. No legislations exist in Iceland that oversees the import of scuba diving equipment, which increases the risk of introducing new species to vulnerable ecosystems in Iceland. The author of this paper suggests that legislation on imported scuba equipment should be implemented in Iceland

Þingvallavatn er einstakt grunnvatnsháð vistkerfi. Grunnvatnið á upptök sín í jökulvatni og rigningu sem fellur á vatnasviðið norðan við vatnið. Vatnasviðið nær yfir 1300 km2 svæði sem m.a. nær yfir ósnortin víðerni og tengir anga sína alla leið til Langjökuls og Þórisjökuls í norðri. Markmið rannsóknarinnar var að skoða örveruflóru Þingvallavatns og tveggja gjá við vatnið og byggja upp grunnþekkingu á örverum í þessu einstaka vistkerfi. Að auki var markmið rannsóknarinnar að kanna mannleg áhrif á vatnið með því að skoða hugsanlega saurmengun. Niðurstöður rannsóknarinnar benda til þess að örveruflóra Þingvallavatns er mjög breytileg. Frumutalningar og örverubreytileiki sveiflast mikið eftir sýnatökustöðum og sýna mun milli gjánna í vatnasviðinu og vatnsins sjálfs. Breytileiki á örveruflóru milli árstíða á sér einnig stað í vatninu en greindist ekki eins skýrt á milli mismunandi dýpta. Vísar fyrir heildarbreytileika voru notaðir til að áætla mun milli sýnatökustöðva. Silfra sýndi mestan breytileika en Flosagjá og Þingvallavatn fylgdu fast á eftir. Örveruflóra Þingvallavatns virðist ekki fylgja almennri dreifingu í samanburði við önnur ferskvatnsvistkerfi á heimsvísu. Ástæður þess geta verið að Þingvallavatn er staðsett rétt neðan við heimsskautabaug og einkennist af jaðarumhverfi (extreme environments) með lágu vatnshitastigi sem á upptök sín í vatnasviði. Mjög erfiðlega gekk að raðgreina fornbakteríur (Archaea) úr vistkerfi Þingvallavatns en þó greindust meðlimir Crenarcheaota og Euryarcaeota. Niðustöður sýna að saurmengun er til staðar í vatninu. Einn sýnatökustaður innan Þjóðgarðsins á Þingvöllum reyndist jákvæður fyrir bæði E. coli og Enterococcus spp. Samkvæmt upplýsingum frá Þjóðgarðinum á Þingvöllum heimsóttu 15.126 kafarar eða snorklarar Silfru frá Mars 2013 til mars 2014. Engar reglugerðir eru til á Íslandi sem hafa umsjón með innflutningi á köfunarbúnaði sem eykur hættuna á flutningi nýrra tegunda til viðkvæmra vatnsvistkerfa á borð við Þingvallavatn. Höfundur leggur til að reglugerð um notkun á innfluttum köfunarbúnaði verði gerð að lögum.