Et øyeblikksbilde av det rike plantemangfoldet i den brasilianske Atlanterhavsskogen. Gui Becker, CC BY-SA
Det virker som om hver dag forskere rapporterer mer alvorlige konsekvenser av klimaendringer på dyr og planter over hele verden. Fugler som er migrerer senere i året kan ikke finne nok mat. Planter er blomstring før deres insektbestøvere klekkes. Byttearter har mindre utholdenhet å unnslippe rovdyr. Kort sagt, klimatiske skift som påvirker en organisme, vil sannsynligvis utløse ringvirkninger som kan forstyrre strukturen og funksjonen til hele økosystemene.
En komponent av dyrehelsen som i stor grad gjenspeiler omgivelsene er microbiome, konsortiet av mikrober som nå er kjent for å hjelpe til med fordøyelsen av mat, regulerer immunforsvaret og beskytter mot patogener. Arten av bakterier som utgjør mikrobiomet rekrutteres primært fra miljøet. Dermed har matnett og andre dyreinteraksjoner som påvirker miljøbakterier potensialet til å forme dyrenes mikrobiomer.
Men hva skjer når klimaendringer forstyrrer miljøet og forårsaker skift i dyrenes mikrobiomer som hindrer mikrober i å utføre nøkkelfunksjonene som dyr trenger for å overleve og trives?
Jeg er økolog i laboratoriet til Gui Becker spesialiserer seg i tropisk forskning i skjæringspunktet mellom fremvoksende amfibiesykdom og klimaendringer. Hundrevis av amfibier over de globale tropene står overfor et økende press fra sykdom og klimaendringer. Og det er økende bevis på at miljøstressorer endrer dyrenes mikrobiomer, og bidrar til utfordringene de møter.
Å bygge et økosystem
I en nylig eksperiment Designet for å finne ut hvordan mikrobiomet av tadpoles ble påvirket av andre dyrearter i miljøet, studerte mine kolleger og jeg sunne samfunn av ferskvannsbakterier, krepsdyr og insekter fra våtmarkshabitater i den brasilianske Atlanterhavsskogen. Vi fokuserte på deres fôringsaktiviteter - hvordan de filtrerte vann for å få maten og brøt død plantemateriale.
Det er velkjent at disse fôringsaktivitetene er essensielle for økosystemfunksjoner som nedbrytning. Men vi fant ut at disse matnettene også tjente et annet formål: De økte veksten av "gode" bakteriearter i miljøet, for eksempel arter som bekjemper patogene mikrober.
Som et resultat hadde tadpoles som delte økosystemet med disse mikroorganismene og virvelløse dyr, sunnere tarmmikrobiomer. Dette ga et sterkt forsvar mot patogener, sammenlignet med tadpoles som ikke delte deres habitat med forskjellige nettverk av organismer.
Vårt siste arbeid tok denne undersøkelsen et skritt videre ved å teste hvordan en forstyrrelse som klimaoppvarming kunne påvirke disse matnettene som bidrar til å sikre helsen til virveldyrs mikrobiomer i naturen.
Kartlegging av artsinteraksjoner i ulike økosystemer er vanskelig under feltforhold, der miljøet er uforutsigbart, og replikering av eksperimenter for å bekrefte funn er utfordrende.
For å løse dette problemet brukte vi planter fra bromeliafamilien til å fungere som miniøkosystemer, slik at mine kolleger og jeg kunne studere effekten av et oppvarmende klima på artsinteraksjoner under de mer kontrollerte forholdene i et laboratorium.
Tett hvirvlede blader av bromeliaplanter gir et mini-akvarium for tadpoles, virvelløse dyr og mikroorganismer. Sasha Greenspan, CC BY-SA
Bromeliads er ideelle for eksperimentelt arbeid med samfunnsinteraksjoner fordi de er naturlige mikrokosmos og deres små dimensjoner tillater oss å vokse mange av dem i et lite rom. Våre undersøkelsessteder i Brasils tropiske regnskoger støtter ekstremt høye tettheter av bromelia fra bakke til baldakin, som ofte ligner et Dr.Seussisk underland.
For å gjenskape naturlige økosystemer for eksperimentet, plantet vi en hage med 60 identiske bromeliaer i skyggen av en liten tropisk skog i São Paulo, Brasil. Vi lot bromeliadene naturlig koloniseres av virvelløse dyr og mikroorganismer i tre måneder. Noen av plantene ble utsatt for omgivelsestemperaturer, og andre ble varmet opp til seks grader over omgivelsene - med et tilpasset utendørs oppvarmingssystem - for å matche forventede globale klimaendringstrender.
I nærheten samlet vi våre modellvertsarter for eksperimentet - tadpoles av treefrog-arten Ololygon perpusilla som bare hekker i mini-akvarier skapt av bladene av bromelia.
Deretter overførte vi bromeliadene fra utendørs til laboratoriet, la til en tadpole i det lille vannbassenget i midten av hvert anlegg og brukte det samme varmesystemet for å simulere oppvarming. Etter noen uker oppfant vi bakterieartene i tadpole-tarmene, så vel som bakteriene og hvirvelløse arter som lever i bromeliadene.
Oppsett av eksperimentet med 60 bromeliaer og et tilpasset varmesystem. Gui Becker, CC BY-SA
Dominoeffektene av klimaendringene
I denne studien, publisert i Nature Climate Change, fant vi at oppvarmingseffekter på økologiske samfunnsnettverk - inkludert miljøbakterier, ormer, mygglarver og andre virvelløse dyr som lever i vann - kompromitterte tadpole tarmflora, noe som førte til redusert vekst, som er en fullmakt for fitness.
Helsen til tadpole tarmmikrobiomer var spesielt knyttet til endringer i samfunnet av vannbakterier og virvelløse dyr som lever ved siden av tadpoles i bromeliadene. Det vil si at oppvarming støttet vekst og reproduksjon av visse arter av bakterier og virvelløse dyr og hemmet andre, og disse miljøendringene forstyrret tadpole tarmmikrobiomet.
De høyere temperaturene førte også til raskere utvikling av filtermatende mygglarver. Våre resultater antyder at høyere hastigheter med filtermatning også endret artssammensetningen av bakterier i miljøet på måter som ytterligere forstyrret tadpole-mikrobiomet.
Faktisk var tadpolevekst - en fullmakt for artenes helse - sterkere assosiert med oppvarmingsinduserte skift i tarmmikrobiomene enn med direkte effekter av oppvarming på vekst som forventes hos kaldblodige dyr som tadpoles eller effekter av oppvarming på tadpoles 'algematressurser.
Arbeidet vårt demonstrerer hvordan klimaendringer i global skala kan påvirke selv de minste nivåene av biologisk organisering, inkludert de symbiotiske bakteriene som lever i fordøyelseskanalen til en liten froskeart.
Å se på disse prosessene i sammenheng med et helt økologisk samfunn bidrar til å utvide vårt perspektiv på mikrobiomhelse under global endring.
Studier undersøkende effekter av oppvarming på virveldyrsmikrobiomer fokuserer vanligvis på direkte temperaturrespons fra vertsflora i stedet for å lokalisere verter i de komplekse og sammenflettede samfunnene der de bor i naturen.
Funnene våre støtter en økende enighet blant forskere om at det, selv om det forventes at klimaoppvarmingen skyver noen dyr utover deres termiske terskler, men en langt mer allestedsnærværende konsekvens av oppvarmingen er at det kan utløse en økologisk dominoeffekt, og forstyrre artsinteraksjonene som økosystemene trenger for å fungere skikkelig.
Om forfatteren
Sasha Greenspan, forskningsassistent, University of Alabama
Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.
Relaterte bøker
The Uninhabitable Earth: Life After Warming Kindle Edition
av David Wallace-Wells
Det er verre, mye verre enn du tror. Hvis angsten din for global oppvarming domineres av frykten for stigning i havet, klør du knapt overflaten til hvilke frykt som er mulig. I California raser nå branner året rundt og ødelegger tusenvis av hjem. Over hele USA stormer "500-år" pummelsamfunn måned etter måned, og flom fortrenger titalls millioner årlig. Dette er bare en forhåndsvisning av endringene som kommer. Og de kommer raskt. Uten en revolusjon i hvordan milliarder av mennesker fører sine liv, kunne deler av jorden bli nær ubeboelig og andre deler fryktelig ugjestmilde, så snart slutten av dette århundre. Tilgjengelig på Amazon
The End of Ice: Bearing Witness and Finding Meaning in the path of Climate Disruption
av Dahr Jamail
Etter nesten et tiår utenlands som krigsreporter, kom den anerkjente journalisten Dahr Jamail tilbake til Amerika for å fornye sin lidenskap for fjellklatring, bare for å finne at bakkene han en gang hadde klatret, er ugjenkallelig endret av klimaforstyrrelser. Som svar legger Jamail ut på en reise til de geografiske frontlinjene av denne krisen - fra Alaska til Australias Great Barrier Reef, via Amazonas regnskog - for å oppdage konsekvensene for naturen og menneskene av tapet av is. Tilgjengelig på Amazon
Jorden vår, våre arter, våre selv: Hvordan trives mens du skaper en bærekraftig verden
av Ellen Moyer
Den knappeste ressursen vår er på tide. Med besluttsomhet og handling kan vi implementere løsninger i stedet for å sitte på sidelinjen med skadelige innvirkninger. Vi fortjener, og kan ha, bedre helse og et renere miljø, et stabilt klima, sunne økosystemer, bærekraftig ressursbruk og mindre behov for skadekontroll. Vi har så mye å vinne. Gjennom vitenskap og historier, Vår jord, våre arter, gjør våre selger saken for håp, optimisme og praktiske løsninger vi kan ta individuelt og samlet for å grønnere teknologien vår, grønn økonomien vår, styrke vårt demokrati og skape sosial likhet. Tilgjengelig på Amazon
Fra Utgiver:
Innkjøp på Amazon går for å dekke kostnadene ved å bringe deg InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, og ClimateImpactNews.com uten kostnad og uten annonsører som sporer surfevaner. Selv om du klikker på en kobling, men ikke kjøper disse utvalgte produktene, betaler alt annet du kjøper i samme besøk på Amazon oss en liten provisjon. Det er ingen ekstra kostnader for deg, så vær så snill å bidra til innsatsen. Du kan også bruk denne lenken å bruke til Amazon når som helst slik at du kan bidra til å støtte vår innsats.
