气候变暖正在改变动物的肠道微生物,这对动物的健康和生存至关重要

气候变暖正在改变动物的肠道微生物,这对动物的健康和生存至关重要 巴西大西洋森林丰富植物多样性的快照。 吉·贝克尔, 创用CC BY-SA

It seems like each day scientists report more dire consequences of climate change on animals and plants worldwide.似乎每天都有科学家报告气候变化对全世界动植物的可怕后果。 Birds that are鸟是 以后迁移 in the year can't find enough food.在一年中找不到足够的食物。 Plants are植物是 开花前 their insect pollinators hatch.他们的昆虫传粉者孵化。 Prey species have猎物种类有 耐力少 to escape predators.逃避掠食者。 In short, climatic shifts that affect one organism are likely to trigger ripple effects that can disturb the structure and functioning of entire ecosystems.简而言之,影响一种生物的气候变化很可能引发涟漪效应,从而扰乱整个生态系统的结构和功能。

动物健康的一个组成部分在很大程度上反映了周围环境, 微生物,目前已知的微生物联盟可帮助食物消化,调节免疫系统并防御病原体。 The species of bacteria that make up the microbiome are primarily recruited from the environment.构成微生物组的细菌种类主要来自环境。 Thus, food webs and other animal interactions that influence environmental bacteria have the potential to shape animals' microbiomes.因此,影响环境细菌的食物网和其他动物相互作用具有塑造动物微生物组的潜力。

但是,当气候变化扰乱环境,导致动物微生物群落发生变化,从而阻止微生物执行动物生存和繁衍所需的关键功能时,会发生什么呢?

我是生态学家 在实验室 吉·贝克尔 specializing in tropical research at the intersection of emerging amphibian disease and climate change.专攻新兴两栖疾病和气候变化的热带研究。 Hundreds of amphibians across the global tropics are facing mounting pressures from disease and climate change.全球热带地区的数百种两栖动物正面临着来自疾病和气候变化的越来越大的压力。 And there is growing evidence that environmental stressors are changing animals' microbiomes, contributing to the challenges they face.越来越多的证据表明,环境压力源正在改变动物的微生物群落,加剧了它们所面临的挑战。

建立生态系统

在一个 最近的实验 designed to figure out how the microbiome of tadpoles was influenced by other animal species in the environment, my colleagues and I studied healthy communities of freshwater bacteria, crustaceans and insects from wetland habitats in the Brazilian Atlantic Forest.为了研究figure的微生物组如何受到环境中其他动物物种的影响,我和我的同事们研究了来自巴西大西洋森林湿地栖息地的淡水细菌,甲壳类动物和昆虫的健康群落。 We focused on their feeding activities – how they filtered water to get their food and broke down dead plant material.我们关注他们的喂养活动-他们如何过滤水以获取食物并分解死去的植物材料。

It is well known that these feeding activities are essential for ecosystem functions such as decomposition.众所周知,这些摄食活动对于生态系统功能(例如分解)至关重要。 But we found that these food webs also served another purpose: They boosted growth of “good” bacterial species in the environment, such as species that fight pathogenic microbes.但是,我们发现这些食物网还有另一个目的:它们促进了环境中“良好”细菌物种的生长,例如与病原微生物作斗争的物种。

As a result, tadpoles sharing the ecosystem with these microorganisms and invertebrates had healthier gut microbiomes.结果,与这些微生物和无脊椎动物共享生态系统的t具有更健康的肠道微生物。 This provided a strong defense against pathogens, compared with tadpoles that weren't sharing their habitat with diverse networks of organisms.与未与多种生物网络共享栖息地的t相比,这为抵御病原体提供了强大的防御力。

我们的最新作品 通过测试气候变暖等干扰因素如何影响这些食物网,从而确保野生脊椎动物微生物群的健康,使这项研究又走了一步。

在野外条件下,在环境不可预测的野外条件下,很难绘制出各种生态系统中物种相互作用的图,并且重复实验以确认发现具有挑战性。

为了解决这个问题,我们使用了凤梨科的植物作为迷你生态系统,以便我和我的同事们可以在更可控的实验室条件下研究气候变暖对物种相互作用的影响。

气候变暖正在改变动物的肠道微生物,这对动物的健康和生存至关重要 凤梨科植物的紧密轮生叶片为for,无脊椎动物和微生物提供了一个小型水族馆。 萨沙·格林斯潘(Sasha Greenspan), 创用CC BY-SA

Bromeliads are ideal for experimental work on community interactions because they are natural microcosms and their small dimensions allow for us to grow many of them in a small space.凤梨科植物是自然界的缩影,它们的小尺寸使我们能够在狭窄的空间内生长许多,因此它们是社区互动实验工作的理想选择。 Our study sites in Brazil's tropical rainforests support extremely high densities of bromeliads from ground to canopy, often resembling a Dr. Seussian wonderland.我们在巴西热带雨林中的研究地点支持极高的凤梨科植物从地面到树冠的密度,通常类似于苏斯博士的仙境。

To recreate natural ecosystems for our experiment, we planted a garden of 60 identical bromeliads outdoors in the shade of a small tropical forest in São Paulo, Brazil.为了为我们的实验重建自然生态系统,我们在巴西圣保罗的一个热带小树林的阴影下,在室外种植了XNUMX个相同凤梨科植物的花园。 We then allowed the bromeliads to be naturally colonized by invertebrates and microorganisms for three months.然后,我们使凤梨科动物被无脊椎动物和微生物自然定居了三个月。 Some of the plants were exposed to ambient temperatures, and others were warmed up to six degrees above ambient – with a custom outdoor heating system – to match predicted global climate change trends.为了适应全球气候变化趋势的预测,有些工厂采用了定制的室外供暖系统,其中一些工厂处于环境温度以下,而另一些工厂则被加热到了高于环境温度XNUMX度的温度。

在附近,我们收集了用于实验的模型宿主物种-树蛙物种的t 油橄榄 仅在凤梨科的叶子造的迷你水族馆中繁殖。

We then transferred the bromeliads from outdoors into the lab, added a tadpole to the tiny pool of water at the center of each plant and applied the same heating system to simulate warming.然后,我们将凤梨科植物从室外转移到实验室,在每棵植物中心的一小池水里添加了一只t,并应用了相同的加热系统来模拟变暖。 After a few weeks, we inventoried the bacterial species in the tadpole intestines as well as the bacteria and invertebrate species living in the bromeliads.几个星期后,我们清点了in肠中的细菌种类以及生活在凤梨科动物中的细菌和无脊椎动物种类。

气候变暖正在改变动物的肠道微生物,这对动物的健康和生存至关重要 使用60个凤梨科植物和自定义的加热系统设置实验。 吉·贝克尔, 创用CC BY-SA

气候变化的多米诺效应

在这个研究中,发表在《自然气候变化》上,我们发现变暖对生态社区网络(包括环境细菌,蠕虫,蚊虫幼虫和其他水生无脊椎动物)的影响损害了g的肠道菌群,导致生长减少,这是健康的代表。

g肠道微生物群的健康与凤梨科动物与alongside生活在一起的水生细菌和无脊椎动物群落的变化特别相关。 That is, warming supported growth and reproduction of certain species of bacteria and invertebrates and inhibited others, and these environmental changes disturbed the tadpole gut microbiome.也就是说,变暖支持某些细菌和无脊椎动物物种的生长和繁殖,并抑制其他细菌和无脊椎动物,这些环境变化扰乱了g肠道微生物组。

The higher temperatures also led to faster development of filter-feeding mosquito larvae.较高的温度还导致了滤食性蚊虫幼虫的更快发育。 Our results suggest that higher rates of filter-feeding also altered the species composition of bacteria in the environment in ways that further disturbed the tadpole microbiome.我们的结果表明,较高的过滤器进料速率还以进一步干扰the微生物组的方式改变了环境中细菌的种类组成。

实际上,t的生长-代表该物种的健康-与变暖引起的肠道微生物群变化的关联更强,而不是像cold这样的冷血动物所预期的变暖对生长的直接影响或变暖的影响。 '的藻类食物资源。

我们的工作证明 全球气候变化如何影响甚至最小水平的生物组织,包括生活在微小青蛙物种消化道中的共生细菌。

在整个生态社区的背景下审视这些过程有助于拓宽我们对全球变化下的微生物组健康的认识。

学习 对脊椎动物微生物群落变暖的调查研究通常着重于宿主菌群的直接温度响应,而不是将宿主置于野外生活的复杂而交织的社区中。

我们的发现支持 科学家之间越来越多的共识是,虽然预计气候变暖将使一些动物的温度超过其温度阈值,但变暖的更为普遍的后果是,它可能引发生态多米诺效应,破坏了生态系统正常运转所需的物种相互作用。谈话

关于作者

研究员Sasha Greenspan, 亚拉巴马大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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