Et øjebliksbillede af den rige plantediversitet i den brasilianske Atlanterhavsskov. Gui Becker, CC BY-SA
Det ser ud til, at forskere hver dag rapporterer mere alvorlige konsekvenser af klimaændringer på dyr og planter over hele verden. Fugle der er migrerer senere i året kan ikke finde nok mad. Planter er blomstrer før deres insektbestøvere klækkes. Byttearter har mindre udholdenhed at undslippe rovdyr. Kort sagt, klimaforandringer, der påvirker en organisme, vil sandsynligvis udløse krusningseffekter, der kan forstyrre strukturen og funktionen af hele økosystemer.
En komponent i dyresundheden, der i vid udstrækning afspejler det omgivende miljø, er microbiome, konsortiet af mikrober, der nu er kendt for at hjælpe med fordøjelsen af fødevarer, regulere immunsystemet og beskytte mod patogener. De bakterier, der udgør mikrobiomet, rekrutteres primært fra miljøet. Fødevarer og andre dyreinteraktioner, der påvirker miljøbakterier, har således potentialet til at forme dyrenes mikrobiomer.
Men hvad sker der, når klimaændringer forstyrrer miljøet og forårsager forskydninger i dyrenes mikrobiomer, der forhindrer mikroberne i at udføre de nøglefunktioner, som dyr har brug for for at overleve og trives?
Jeg er økolog i laboratoriet hos Gui Becker med speciale i tropisk forskning i krydset mellem den nye padderygdom og klimaændringer. Hundredvis af padder overalt i de globale troper står over for stigende pres fra sygdom og klimaændringer. Og der er voksende bevis for, at miljøstressorer ændrer dyrs mikrobiomer og bidrager til de udfordringer, de står over for.
Opbygning af et økosystem
I en nyligt eksperiment designet til at finde ud af, hvordan mikrobiomet fra haletudser blev påvirket af andre dyrearter i miljøet, studerede mine kolleger og jeg sunde samfund af ferskvandsbakterier, krebsdyr og insekter fra vådområder i den brasilianske Atlanterhavsskov. Vi fokuserede på deres fodringsaktiviteter - hvordan de filtrerede vand for at få deres mad og nedbrudte dødt plantemateriale.
Det er velkendt, at disse fodringsaktiviteter er essentielle for økosystemfunktioner såsom nedbrydning. Men vi fandt ud af, at disse madweb også tjente et andet formål: De øgede væksten af "gode" bakteriearter i miljøet, såsom arter, der bekæmper patogene mikrober.
Som et resultat havde haletudser, der delte økosystemet med disse mikroorganismer og hvirvelløse dyr, sundere tarmmikrobiomer. Dette gav et stærkt forsvar mod patogener sammenlignet med haletudser, der ikke delte deres habitat med forskellige netværk af organismer.
Vores seneste arbejde tog denne forskning et skridt videre ved at teste, hvordan en forstyrrelse som klimaopvarmning kunne påvirke disse madbaner, der hjælper med at sikre helbredet hos hvirveldyrsmikrobiomer i naturen.
Kortlægning af artsinteraktioner i forskellige økosystemer er vanskelig under feltforhold, hvor miljøet er uforudsigeligt, og replikering af eksperimenter for at bekræfte fund er udfordrende.
For at løse dette problem brugte vi planter fra bromeliafamilien til at fungere som mini-økosystemer, så mine kolleger og jeg kunne studere virkningerne af et opvarmningsklima på artsinteraktioner under de mere kontrollerede forhold i et laboratorium.
Tæt hvirvlede blade af bromeliaplanter giver et mini-akvarium til haletudser, hvirvelløse dyr og mikroorganismer. Sasha Greenspan, CC BY-SA
Bromeliads er ideelle til eksperimentelt arbejde med samfundsinteraktioner, fordi de er naturlige mikrokosmos, og deres små dimensioner tillader os at dyrke mange af dem i et lille rum. Vores undersøgelsessteder i Brasiliens tropiske regnskove understøtter ekstremt høje tætheder af bromelia fra jord til baldakin, der ofte ligner et Dr.Seussisk vidunderland.
For at genskabe naturlige økosystemer til vores eksperiment plantede vi en have med 60 identiske bromeliaer i skyggen af en lille tropisk skov i São Paulo, Brasilien. Derefter lod vi bromeliaderne naturligt koloniseres af hvirvelløse dyr og mikroorganismer i tre måneder. Nogle af planterne blev udsat for omgivelsestemperaturer, og andre blev opvarmet til seks grader over omgivelserne - med et brugerdefineret udendørs opvarmningssystem - for at matche forudsagte globale klimaforandringstendenser.
I nærheden samlet vi vores modelværtsarter til eksperimentet - haletudser af treefrog-arten Ololygon perpusilla der kun yngler i mini-akvarier skabt af bladene af bromeliaer.
Derefter overførte vi bromeliaderne udefra til laboratoriet, tilføjede en haletudse til den lille vandpøl i midten af hvert anlæg og anvendte det samme varmesystem for at simulere opvarmning. Efter et par uger opfandt vi bakteriearterne i tadpole-tarmene såvel som bakterierne og hvirvelløse arter, der lever i bromeliaderne.
Opsætning af eksperimentet med 60 bromeliaer og et brugerdefineret varmesystem. Gui Becker, CC BY-SA
Dominoeffekterne af klimaændringer
i dette studie, offentliggjort i Nature Climate Change, fandt vi, at opvarmningseffekter på økologiske samfundsnetværk - inklusive miljøbakterier, orme, myggelarver og andre hvirvelløse vanddyr - kompromitterede tadpole tarmflora, hvilket førte til reduceret vækst, hvilket er en proxy for fitness.
Tadpole tarmmikrobiomeres sundhed var specifikt knyttet til ændringer i samfundet af akvatiske bakterier og hvirvelløse dyr, der lever sammen med haletudser i bromeliaderne. Opvarmning understøttede vækst og reproduktion af visse arter af bakterier og hvirvelløse dyr og hæmmede andre, og disse miljømæssige ændringer forstyrrede tadpole tarmmikrobiomet.
De højere temperaturer førte også til hurtigere udvikling af filterfodrende myggelarver. Vores resultater tyder på, at højere hastigheder med filterfodring også ændrede artssammensætningen af bakterier i miljøet på måder, der yderligere forstyrrede haletudse-mikrobiomet.
Faktisk var haletudsvækst - en proxy for artens sundhed - stærkere forbundet med opvarmningsinducerede skift i deres tarmmikrobiomer end med direkte effekter af opvarmning på vækst, som forventes hos koldblodede dyr som haletudser eller effekter af opvarmning på haletudser 'algefoderressourcer.
Vores arbejde demonstrerer hvordan klimaforandringer på verdensplan kan påvirke selv de mindste niveauer af biologisk organisation, herunder de symbiotiske bakterier, der lever i fordøjelseskanalen hos en lille frøart.
At se på disse processer inden for rammerne af et helt økologisk samfund hjælper med at udvide vores perspektiv på mikrobiomsundhed under global forandring.
Undersøgelser undersøgelse af effekterne af opvarmning på hvirveldyrs mikrobiomer fokuserer typisk på direkte temperaturrespons fra værtsflora snarere end at placere værter i de komplekse og sammenflettede samfund, hvor de bor i naturen.
Vores fund understøtter en voksende konsensus blandt forskere om, at selv om det forventes, at klimaopvarmning vil skubbe nogle dyr ud over deres termiske tærskler, er en langt mere allestedsnærværende konsekvens af opvarmning, at den kan udløse en økologisk dominoeffekt, der forstyrrer de artsinteraktioner, som økosystemer har brug for for at fungere korrekt.
Om forfatteren
Sasha Greenspan, forskningsassistent, University of Alabama
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.
Relaterede bøger
Den ubeboelige jord: Life After Warming Kindle Edition
af David Wallace-Wells
Det er værre, meget værre, end du tror. Hvis din angst for global opvarmning domineres af frygt for stigning i havniveau, skraber du næppe overfladen på, hvilke frygt der er muligt. I Californien raser nu ildebrande året rundt og ødelægger tusinder af hjem. Overalt i USA stormer "500-år" pummelsamfund måned efter måned, og oversvømmelser fortrænger titusinder af millioner årligt. Dette er kun en forhåndsvisning af de kommende ændringer. Og de kommer hurtigt. Uden en revolution i, hvordan milliarder af mennesker dirigerer deres liv, kunne dele af Jorden blive tæt på ubeboelig og andre dele uhyggeligt uvurderlige, så snart slutningen af dette århundrede. Fås på Amazon
Isens ende: At bære vidne og finde mening i vejen for klimaforstyrrelse
af Dahr Jamail
Efter næsten et årti oversøisk som krigsreporter, vendte den anerkendte journalist Dahr Jamail tilbage til Amerika for at fornye sin lidenskab for bjergbestigning, kun for at finde ud af, at skråningerne, han engang havde klatret, er uigenkaldeligt ændret af klimaforstyrrelser. Som svar tager Jamail ud på en rejse til de geografiske frontlinier af denne krise - fra Alaska til Australiens Great Barrier Reef via Amazonas regnskov - for at opdage konsekvenserne for naturen og mennesker for tabet af is. Fås på Amazon
Vores jord, vores arter, vores selv: Hvordan man trives, mens man skaber en bæredygtig verden
af Ellen Moyer
Vores knapeste ressource er tid. Med beslutsomhed og handling kan vi implementere løsninger snarere end at sidde på sidelinjen med skadelige virkninger. Vi fortjener og kan have et bedre helbred og et renere miljø, et stabilt klima, sunde økosystemer, bæredygtig brug af ressourcer og mindre behov for skadekontrol. Vi har så meget at vinde. Gennem videnskab og historier, Our Earth, Our Species, Our Selves gør sagen til håb, optimisme og praktiske løsninger, vi kan tage individuelt og kollektivt for at gøre vores teknologi grønn, grøn vores økonomi, styrke vores demokrati og skabe social lighed. Fås på Amazon
Fra udgiveren:
Køb på Amazon går til at bekæmpe omkostningerne ved at bringe dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ClimateImpactNews.com uden omkostninger og uden annoncører, der sporer dine browservaner. Selv hvis du klikker på et link, men ikke køber disse valgte produkter, betaler alt andet, du køber i det samme besøg på Amazon, en lille provision. Der er ingen ekstra omkostninger for dig, så vær venlig at bidrage til indsatsen. Du kan også bruge dette link at bruge til Amazon når som helst, så du kan hjælpe med at støtte vores indsats.
