En ögonblicksbild av den rika växtmångfalden i den brasilianska atlantiska skogen. Gui Becker, CC BY-SA
Det verkar som om forskare varje dag rapporterar mer allvarliga konsekvenser av klimatförändringar på djur och växter över hela världen. Fåglar som är migrerar senare under året kan inte hitta tillräckligt med mat. Växter är blommar innan deras insektsbestämare kläcks. Rovarter har mindre uthållighet för att undkomma rovdjur. Kort sagt, klimatförskjutningar som påverkar en organisme kommer sannolikt att utlösa krusningseffekter som kan störa hela ekosystemens struktur och funktion.
En komponent i djurhälsan som till stor del återspeglar den omgivande miljön är microbiome, det mikrokonsortium som nu är känt för att hjälpa till med matsmältningen, reglerar immunsystemet och skyddar mot patogener. De arter av bakterier som utgör mikrobiomet rekryteras främst från miljön. Således har matbanor och andra djurinteraktioner som påverkar miljöbakterier potential att forma djurens mikrobiomer.
Men vad händer när klimatförändringar stör miljön och orsakar förändringar i djurens mikrobiomer som hindrar mikroberna från att utföra de nyckelfunktioner som djur behöver för att överleva och trivas?
Jag är ekolog i laboratoriet av Gui Becker specialiserat sig på tropisk forskning vid skärningspunkten mellan växande amfibiesjukdom och klimatförändring. Hundratals amfibier över de globala tropikerna står inför ökande tryck från sjukdomar och klimatförändringar. Och det finns växande bevis för att miljöstressorer förändrar djurens mikrobiomer, vilket bidrar till de utmaningar de möter.
Att bygga ett ekosystem
I en senaste experimentet utformade för att ta reda på hur grodyngelns mikrobiom påverkades av andra djurarter i miljön, studerade mina kollegor och jag friska samhällen av sötvattensbakterier, kräftdjur och insekter från våtmarksmiljöer i den brasilianska Atlanten. Vi fokuserade på deras utfodringsaktiviteter - hur de filtrerade vatten för att få mat och bröt ned dött växtmaterial.
Det är välkänt att dessa utfodringsaktiviteter är väsentliga för ekosystemfunktioner såsom nedbrytning. Men vi fann att dessa matväv också tjänade ett annat syfte: De ökade tillväxten av "bra" bakteriearter i miljön, till exempel arter som bekämpar patogena mikrober.
Som ett resultat hade grodynglar som delade ekosystemet med dessa mikroorganismer och ryggradslösa djur hälsosammare tarmmikrobiomer. Detta gav ett starkt försvar mot patogener jämfört med grodyngel som inte delade sin livsmiljö med olika nätverk av organismer.
Vårt senaste arbete tog denna forskning ett steg längre genom att testa hur en störning som klimatuppvärmning kan påverka dessa matbanor som hjälper till att säkerställa hälsan hos ryggradsdjurens mikrobiomer i naturen.
Att kartlägga artinteraktioner i olika ekosystem är svårt under fältförhållanden, där miljön är oförutsägbar, och att replikera experiment för att bekräfta resultaten är utmanande.
För att lösa detta problem använde vi växter från bromeliafamiljen för att fungera som mini-ekosystem så att mina kollegor och jag kunde studera effekterna av ett uppvärmningsklimat på artinteraktioner under de mer kontrollerade förhållandena i ett laboratorium.
Tätt virvlade blad av bromelia växter ger ett mini-akvarium för grodyngel, ryggradslösa djur och mikroorganismer. Sasha Greenspan, CC BY-SA
Bromeliads är idealiska för experimentellt arbete med samhällsinteraktioner eftersom de är naturliga mikrokosmos och deras små dimensioner gör det möjligt för oss att odla många av dem i ett litet utrymme. Våra studieplatser i Brasiliens tropiska regnskogar stöder extremt höga tätheter av bromelia från mark till baldakin, som ofta liknar ett Dr.Seussiskt underland.
För att återskapa naturliga ekosystem för vårt experiment planterade vi en trädgård med 60 identiska bromelia utomhus i skuggan av en liten tropisk skog i São Paulo, Brasilien. Vi lät sedan bromeliaderna naturligt koloniseras av ryggradslösa djur och mikroorganismer i tre månader. Några av växterna utsattes för omgivningstemperaturer och andra värmdes upp till sex grader över omgivningen - med ett anpassat utomhusvärmesystem - för att matcha förutsagda globala trender för klimatförändringar.
I närheten samlade vi våra modellvärdarter för experimentet - grodynglar av trefrogarterna Ololygon perpusilla som bara föder upp i mini-akvarier som skapats av bromeliablad.
Vi överförde sedan bromelia från utomhus till labbet, lade till en grodyngel i den lilla poolen med vatten i mitten av varje anläggning och applicerade samma värmesystem för att simulera uppvärmningen. Efter några veckor inventerade vi bakterierna i grodyngelns tarmar samt de bakterier och ryggradslösa arter som lever i bromeliaderna.
Uppsättning av experimentet med 60 bromelia och ett anpassat värmesystem. Gui Becker, CC BY-SA
Klimatförändringarnas dominoeffekter
i den här studien, publicerad i Nature Climate Change, fann vi att uppvärmningseffekter på ekologiska samhällsnätverk - inklusive miljöbakterier, maskar, mygglarver och andra ryggradslösa vattenlevande djur - komprometterade tadpole tarmfloran, vilket ledde till minskad tillväxt, vilket är en proxy för fitness.
Hälsan hos tadpole tarmmikrobiomer var specifikt kopplad till förändringar i samhället av vattenbakterier och ryggradslösa djur som lever tillsammans med grodyngel inom bromeliadsna. Det vill säga uppvärmning stödde tillväxt och reproduktion av vissa arter av bakterier och ryggradslösa djur och hämmade andra, och dessa miljöförändringar stör tadpole tarmmikrobiomet.
De högre temperaturerna ledde också till snabbare utveckling av filtermatande mygglarver. Våra resultat tyder på att högre graden av filtermatning också förändrade bakteriens artsammansättning i miljön på ett sätt som ytterligare stör tadpolens mikrobiom.
Faktum är att grodyngeltillväxt - en proxy för artens hälsa - var starkare associerad med uppvärmningsinducerade förändringar i tarmmikrobiomerna än med direkta effekter av uppvärmning på tillväxt som förväntas hos kallblodiga djur som grodynglar eller effekter av uppvärmning på grodyngelns algmatresurser.
Vårt arbete visar hur klimatförändringar i global skala kan påverka även de minsta nivåerna av biologisk organisation, inklusive de symbiotiska bakterierna som lever i matsmältningskanalen hos en liten groda.
Att titta på dessa processer inom ramen för en hel ekologisk gemenskap hjälper till att bredda vårt perspektiv på mikrobiomhälsa under global förändring.
Studier undersöker effekterna av uppvärmning på ryggradsdjurens mikrobiomer fokuserar vanligtvis på direkta temperaturresponser hos värdfloran snarare än att placera värdar i de komplexa och sammanflätade samhällen där de bor i naturen.
Våra resultat stöder ett växande samförstånd bland forskare att, även om klimatuppvärmningen förväntas driva vissa djur bortom deras termiska tröskelvärden, är en betydligt mer allestädes närvarande konsekvens av uppvärmningen att den kan utlösa en ekologisk dominoeffekt och störa de artinteraktioner som ekosystem behöver för att fungera ordentligt.
Om författaren
Sasha Greenspan, forskningsassistent, University of Alabama
Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.
relaterade böcker
Den obebobara jorden: Livet efter uppvärmd Kindle Edition
av David Wallace-Wells
Det är värre, mycket värre än du tror. Om din ångest om global uppvärmning domineras av rädsla för havsnivåhöjning, klipper du knappt på ytan av vilka rädslor som är möjliga. I Kalifornien raser vildmarker året runt, förstör tusentals bostäder. Över USA pummelgemenskaper "500-år" stormar månad efter månad, och översvämningar förskjuter tiotals miljoner årligen. Detta är bara en förhandsgranskning av de ändringar som ska komma. Och de kommer snabbt. Utan en revolution i hur miljarder människor utövar sina liv, kan delar av jorden bli nära obevekliga och andra delar grymt oskötliga, så snart som i slutet av detta århundrade. Finns på Amazon
Slutet av isen: bär vittne och hitta betydelse i vägen för klimatförändringar
av Dahr Jamail
Efter nästan ett decennium utomlands som krigsreporter, återvände den roste journalisten Dahr Jamail till Amerika för att förnya sin passion för bergsklättring, för att bara finna att de sluttningar han en gång klättrat har blivit oåterkalleligt förändrade av klimatförändringar. Som svar börjar Jamail på en resa till den här krisens geografiska frontlinje - från Alaska till Australiens stora barriärrev, via Amazonas regnskog - för att upptäcka konsekvenserna för naturen och människorna av isförlusten. Finns på Amazon
Vår jord, våra arter, våra själar: hur man trivs när man skapar en hållbar värld
av Ellen Moyer
Vår knappaste resurs är tid. Med beslutsamhet och handling kan vi genomföra lösningar snarare än att sitta på sidan som lider av skadliga effekter. Vi förtjänar, och kan ha, bättre hälsa och en renare miljö, ett stabilt klimat, hälsosamma ekosystem, hållbar resursanvändning och mindre behov av skadekontroll. Vi har så mycket att vinna. Genom vetenskap och berättelser gör vår jord, våra arter, våra själar fallet för hopp, optimism och praktiska lösningar som vi kan ta individuellt och kollektivt för att gröda vår teknik, gröna vår ekonomi, stärka vår demokrati och skapa social jämlikhet. Finns på Amazon
Från Utgivaren:
Inköp på Amazon går för att täcka kostnaden för att få dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, och ClimateImpactNews.com utan kostnad och utan annonsörer som spåra dina surfvanor. Även om du klickar på en länk men inte köper dessa valda produkter, betalar allt annat du köper i samma besök på Amazon oss en liten provision. Det finns ingen extra kostnad för dig, så var vänlig bidra till insatsen. Du kan också använd denna länk att använda till Amazon när som helst så att du kan hjälpa till att stödja våra ansträngningar.
