Een momentopname van de rijke plantendiversiteit in het Braziliaanse Atlantische Woud. Gui Becker, CC BY-SA
Het lijkt erop dat wetenschappers elke dag meer ernstige gevolgen van klimaatverandering voor dieren en planten wereldwijd rapporteren. Vogels die zijn later migreren in het jaar kan niet genoeg voedsel vinden. Planten zijn bloei voor hun insectenbestuivers komen uit. Preysoorten hebben minder uithoudingsvermogen om aan roofdieren te ontsnappen. Kortom, klimaatveranderingen die een organisme treffen, zullen waarschijnlijk rimpeleffecten veroorzaken die de structuur en het functioneren van hele ecosystemen kunnen verstoren.
Een onderdeel van de diergezondheid dat grotendeels de omgeving weerspiegelt, is de microbiome, het consortium van microben waarvan bekend is dat ze helpen bij de vertering van voedsel, het immuunsysteem reguleren en beschermen tegen ziekteverwekkers. De soorten bacteriën waaruit het microbioom bestaat, worden voornamelijk uit de omgeving gerekruteerd. Voedselwebben en andere dierinteracties die de omgevingsbacteriën beïnvloeden, hebben dus het potentieel om de microbiomen van dieren te vormen.
Maar wat gebeurt er wanneer klimaatverandering het milieu verstoort en verschuivingen veroorzaakt in de microbiomen van dieren die voorkomen dat de microben de belangrijkste functies vervullen die dieren nodig hebben om te overleven en te gedijen?
Ik ben een ecoloog in het laboratorium van Gui Becker gespecialiseerd in tropisch onderzoek op het snijvlak van opkomende amfibieën en klimaatverandering. Honderden amfibieën in de tropen wereldwijd worden geconfronteerd met toenemende druk door ziekten en klimaatverandering. En er zijn steeds meer aanwijzingen dat omgevingsstressfactoren de microbiomen van dieren veranderen en bijdragen aan de uitdagingen waarmee ze worden geconfronteerd.
Een ecosysteem bouwen
In een recent experiment Ontworpen om erachter te komen hoe het microbioom van kikkervisjes werd beïnvloed door andere diersoorten in het milieu, bestudeerden mijn collega's en ik gezonde gemeenschappen van zoetwaterbacteriën, kreeftachtigen en insecten uit moerasgebieden in het Braziliaanse Atlantische Woud. We concentreerden ons op hun voedingsactiviteiten - hoe ze water filterden om hun voedsel te krijgen en dood plantmateriaal afbreken.
Het is bekend dat deze voedingsactiviteiten essentieel zijn voor ecosysteemfuncties zoals ontbinding. Maar we ontdekten dat deze voedselwebben ook een ander doel dienden: ze stimuleerden de groei van 'goede' bacteriesoorten in het milieu, zoals soorten die ziekteverwekkende microben bestrijden.
Als gevolg hiervan hadden kikkervisjes die het ecosysteem delen met deze micro-organismen en ongewervelde dieren gezondere darmmicrobiomen. Dit bood een sterke verdediging tegen ziekteverwekkers, vergeleken met kikkervisjes die hun leefgebied niet deelden met verschillende netwerken van organismen.
Ons laatste werk ging een stap verder door te testen hoe een verstoring zoals klimaatopwarming deze voedselwebben zou kunnen beïnvloeden die de gezondheid van gewervelde microbiomen in het wild helpen verzekeren.
Het in kaart brengen van soortinteracties in diverse ecosystemen is moeilijk onder veldomstandigheden, waar de omgeving onvoorspelbaar is, en het repliceren van experimenten om bevindingen te bevestigen is een uitdaging.
Om dit probleem aan te pakken, gebruikten we planten uit de bromeliafamilie om te functioneren als mini-ecosystemen, zodat mijn collega's en ik de effecten van een opwarmend klimaat op de interacties tussen soorten in de meer gecontroleerde omstandigheden van een laboratorium konden bestuderen.
Strak kransvormige bladeren van bromelia-planten vormen een mini-aquarium voor kikkervisjes, ongewervelde dieren en micro-organismen. Sasha Groenspan, CC BY-SA
Bromelia's zijn ideaal voor experimenteel werk aan gemeenschapsinteracties, omdat het natuurlijke microkosmossen zijn en omdat ze door hun kleine afmetingen veel van hen in een kleine ruimte kunnen laten groeien. Onze studielocaties in de tropische regenwouden van Brazilië ondersteunen extreem hoge dichtheden van bromelia's van de grond tot het bladerdak, wat vaak lijkt op een Dr.Seussian wonderland.
Om voor ons experiment natuurlijke ecosystemen te creëren, hebben we een tuin met 60 identieke bromelia's buiten geplant in de schaduw van een klein tropisch bos in São Paulo, Brazilië. Vervolgens lieten we de bromelia's gedurende drie maanden op natuurlijke wijze koloniseren door ongewervelde dieren en micro-organismen. Sommige planten werden blootgesteld aan omgevingstemperaturen en andere werden opgewarmd tot zes graden boven omgevingstemperatuur - met een aangepast buitenverwarmingssysteem - om te voldoen aan de voorspelde wereldwijde trends in klimaatverandering.
In de buurt hebben we onze modelgastheersoort verzameld voor het experiment - kikkervisjes van de boomkikkersoort Ololygon perpusilla die alleen broeden in de mini-aquariums gemaakt door de bladeren van bromelia's.
Vervolgens hebben we de bromelia's van buiten naar het laboratorium overgebracht, een kikkervisje toegevoegd aan de kleine plas water in het midden van elke plant en hetzelfde verwarmingssysteem toegepast om opwarming te simuleren. Na een paar weken hebben we de bacteriesoorten in de kikkervisjes geïnventariseerd, evenals de bacteriën en ongewervelde soorten die in de bromelia's leven.
Opzet van het experiment met 60 bromelia's en een aangepast verwarmingssysteem. Gui Becker, CC BY-SA
De domino-effecten van klimaatverandering
in dit onderzoek, gepubliceerd in Nature Climate Change, ontdekten we dat opwarmingseffecten op ecologische gemeenschapsnetwerken - inclusief omgevingsbacteriën, wormen, muggenlarven en andere ongewervelde waterdieren - de darmflora van kikkervisjes in gevaar brengen, wat leidt tot verminderde groei, wat een proxy is voor fitheid.
De gezondheid van microbiomen van kikkervisjes was specifiek gekoppeld aan veranderingen in de gemeenschap van aquatische bacteriën en ongewervelde dieren die naast kikkervisjes in de bromelia's leven. Dat wil zeggen, opwarming ondersteunde de groei en reproductie van bepaalde soorten bacteriën en ongewervelde dieren en remde andere, en deze veranderingen in de omgeving verstoorden het microbioom van de kikkervisjes.
De hogere temperaturen leidden ook tot een snellere ontwikkeling van filtervoedende muggenlarven. Onze resultaten suggereren dat hogere tarieven van filtervoeding ook de soortensamenstelling van bacteriën in het milieu veranderden op manieren die het kikkervisjesmicrobioom verder verstoorden.
In feite was de groei van kikkervisjes - een maatstaf voor de gezondheid van de soort - sterker geassocieerd met door opwarming veroorzaakte verschuivingen in hun darmmicrobiomen dan met directe effecten van opwarming op de groei die worden verwacht bij koudbloedige dieren zoals kikkervisjes of effecten van opwarming op de algenvoedselbronnen van de kikkervisjes.
Ons werk bewijst hoe klimaatverandering op wereldschaal zelfs de kleinste niveaus van biologische organisatie kan beïnvloeden, inclusief de symbiotische bacteriën die in het spijsverteringskanaal van een kleine kikkersoort leven.
Door naar deze processen te kijken in de context van een hele ecologische gemeenschap, wordt ons perspectief op de gezondheid van microbiomen onder wereldwijde veranderingen verruimd.
ONDERZOEK het onderzoeken van effecten van opwarming op microbiomen van gewervelde dieren richt zich doorgaans op directe temperatuurresponsen van de gastheerflora in plaats van gastheren te situeren binnen de complexe en met elkaar verweven gemeenschappen waarin ze in het wild leven.
Onze bevindingen ondersteunen een groeiende consensus onder wetenschappers dat, hoewel klimaatopwarming naar verwachting sommige dieren over hun thermische drempels zal duwen, een veel alomtegenwoordiger gevolg van opwarming is dat het een ecologisch domino-effect kan veroorzaken, waardoor de soortinteracties die ecosystemen nodig hebben om goed te functioneren, worden verstoord.
Over de auteur
Sasha Greenspan, onderzoeksmedewerker, Universiteit van Alabama
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Verwante Boeken
The Uninhabitable Earth: Life After Warming Kindle-editie
door David Wallace-Wells
Het is erger, veel erger dan je denkt. Als je angst voor het broeikaseffect wordt gedomineerd door de angst voor zeespiegelstijging, krab je nauwelijks aan de oppervlakte van wat verschrikkingen mogelijk maken. In Californië woeden bosbranden het hele jaar door en worden duizenden huizen vernietigd. In de VS overspoelen "500-jaar" -stormen elke maand gemeenschappen en overstromingen verdringen tientallen miljoenen per jaar. Dit is slechts een voorbeeld van de komende wijzigingen. En ze komen snel. Zonder een revolutie in de manier waarop miljarden mensen hun leven leiden, kunnen delen van de aarde zo snel als het einde van deze eeuw in de buurt komen van onbewoonbaar en andere delen die gruwelijk onherbergzaam zijn. Beschikbaar op Amazon
The End of Ice: Getuigen en betekenis vinden in het pad van klimaatverstoring
door Dahr Jamail
Na bijna een decennium overzee als oorlogsverslaggever, keerde de veelgeprezen journalist Dahr Jamail terug naar Amerika om zijn passie voor bergbeklimmen te hernieuwen, alleen om te ontdekken dat de hellingen die hij ooit beklommen had onherroepelijk veranderd waren door klimaatverstoring. In reactie daarop begeeft Jamail zich op een reis naar de geografische frontlinies van deze crisis - van Alaska tot Great Barrier Reef in Australië, via het Amazone-regenwoud - om de gevolgen voor de natuur en de mensen van het verlies van ijs te ontdekken. Beschikbaar op Amazon
Onze aarde, onze soorten, onszelf: gedijen tijdens het creëren van een duurzame wereld
door Ellen Moyer
Onze meest schaarse hulpbron is tijd. Met vastberadenheid en actie kunnen we oplossingen implementeren in plaats van aan de zijlijn te zitten met schadelijke gevolgen. We verdienen, en kunnen betere gezondheid en een schoner milieu, een stabiel klimaat, gezonde ecosystemen, duurzaam gebruik van hulpbronnen en minder behoefte aan schadebeperking hebben. We hebben zoveel te winnen. Door middel van wetenschap en verhalen, onze aarde, onze soorten, onze zelven pleit voor hoop, optimisme en praktische oplossingen die we individueel en collectief kunnen nemen om onze technologie groener te maken, onze economie groener te maken, onze democratie te versterken en sociale gelijkheid te creëren. Beschikbaar op Amazon
Van de uitgever:
Aankopen op Amazon gaan om de kosten van het brengen van je te bekostigen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, en ClimateImpactNews.com zonder kosten en zonder adverteerders die je surfgedrag volgen. Zelfs als u op een link klikt maar deze geselecteerde producten niet koopt, betaalt alles wat u bij hetzelfde bezoek op Amazon koopt, een kleine commissie. Er zijn geen extra kosten voor u, dus draag alstublieft bij aan de moeite. Je kan ook gebruik dan deze link te gebruiken op elk gewenst moment voor Amazon, zodat u ons kunt helpen onze inspanningen te ondersteunen.
