氣候變暖正在改變動物的腸道微生物,這對動物的健康和生存至關重要

氣候變暖正在改變動物的腸道微生物,這對動物的健康和生存至關重要 巴西大西洋森林豐富植物多樣性的快照。 吉·貝克爾, CC BY-SA

It seems like each day scientists report more dire consequences of climate change on animals and plants worldwide.似乎每天都有科學家報告氣候變化對全世界動植物的可怕後果。 Birds that are鳥是 以後遷移 in the year can't find enough food.在一年中找不到足夠的食物。 Plants are植物是 開花前 their insect pollinators hatch.他們的昆蟲傳粉者孵化。 Prey species have獵物種類有 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.簡而言之,影響一種生物的氣候變化很可能引發漣漪效應,從而擾亂整個生態系統的結構和功能。

動物健康的一個組成部分在很大程度上反映了周圍環境, 微生物,目前已知的微生物聯盟可幫助食物消化,調節免疫系統並防禦病原體。 The species of bacteria that make up the microbiome are primarily recruited from the environment.構成微生物組的細菌種類主要來自環境。 Thus, food webs and other animal interactions that influence environmental bacteria have the potential to shape animals' microbiomes.因此,影響環境細菌的食物網和其他動物相互作用具有塑造動物微生物組的潛力。

但是,當氣候變化擾亂環境,導致動物微生物群落髮生變化,從而阻止微生物執行動物生存和繁衍所需的關鍵功能時,會發生什麼呢?

我是生態學家 在實驗室 吉·貝克爾 specializing in tropical research at the intersection of emerging amphibian disease and climate change.專攻新興兩棲疾病和氣候變化的熱帶研究。 Hundreds of amphibians across the global tropics are facing mounting pressures from disease and climate change.全球熱帶地區的數百種兩棲動物正面臨著來自疾病和氣候變化的越來越大的壓力。 And there is growing evidence that environmental stressors are changing animals' microbiomes, contributing to the challenges they face.越來越多的證據表明,環境壓力源正在改變動物的微生物群落,加劇了它們所面臨的挑戰。

建立生態系統

最近的實驗 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.為了研究figure的微生物組如何受到環境中其他動物物種的影響,我和我的同事們研究了來自巴西大西洋森林濕地棲息地的淡水細菌,甲殼類動物和昆蟲的健康群​​落。 We focused on their feeding activities – how they filtered water to get their food and broke down dead plant material.我們專注於他們的餵養活動-他們如何過濾水以獲取食物並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.眾所周知,這些攝食活動對於生態系統功能(例如分解)至關重要。 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,我們發現這些食物網還有另一個目的:它們促進了環境中“良好”細菌物種的生長,例如與病原微生物作鬥爭的物種。

As a result, tadpoles sharing the ecosystem with these microorganisms and invertebrates had healthier gut microbiomes.結果,與這些微生物和無脊椎動物共享生態系統的t具有更健康的腸道微生物。 This provided a strong defense against pathogens, compared with tadpoles that weren't sharing their habitat with diverse networks of organisms.與未與多種生物網絡共享棲息地的t相比,這為抵禦病原體提供了強大的防禦力。

我們的最新作品 通過測試氣候變暖等乾擾因素如何影響這些食物網,從而確保野生脊椎動物微生物群的健康,使這項研究又走了一步。

在野外條件下,在環境難以預測的野外條件下,很難繪製出各種生態系統中物種相互作用的圖,並且重複實驗以確認發現是具有挑戰性的。

為了解決這個問題,我們使用了鳳梨科的植物作為小型生態系統,以便我和我的同事們可以在更可控的實驗室條件下研究氣候變暖對物種相互作用的影響。

氣候變暖正在改變動物的腸道微生物,這對動物的健康和生存至關重要 鳳梨科植物的緊密輪生葉片為for,無脊椎動物和微生物提供了一個小型水族館。 薩沙·格林斯潘(Sasha Greenspan), 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.鳳梨科植物是社區互動實驗的理想選擇,因為它們是自然的微觀世界,並且它們的小尺寸使我們能夠在狹小的空間中生長它們。 Our study sites in Brazil's tropical rainforests support extremely high densities of bromeliads from ground to canopy, often resembling a Dr. Seussian wonderland.我們在巴西熱帶雨林中的研究地點支持極高的鳳梨科植物從地面到樹冠的密度,通常類似於蘇斯博士的仙境。

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.為了為我們的實驗重建自然生態系統,我們在巴西聖保羅的一個熱帶小樹林的陰影下,在室外種植了XNUMX個相同鳳梨科植物的花園。 We then allowed the bromeliads to be naturally colonized by invertebrates and microorganisms for three months.然後,我們使鳳梨科動物被無脊椎動物和微生物自然定居了三個月。 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.為了適應全球氣候變化趨勢的預測,有些工廠採用了定制的室外供暖系統,其中一些工廠處於環境溫度以下,而其他工廠則被加熱到了高於環境溫度XNUMX度的高度。

在附近,我們收集了用於實驗的模型宿主物種–樹蛙物種的t 油橄欖 僅在鳳梨科植物的葉子製成的小型水族館中繁殖。

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.然後,我們將鳳梨科植物從室外轉移到實驗室,在每棵植物中心的微小水池中添加了一隻a,並使用相同的加熱系統模擬變暖。 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.幾個星期後,我們清點了in腸中的細菌種類以及生活在鳳梨科動物中的細菌和無脊椎動物種類。

氣候變暖正在改變動物的腸道微生物,這對動物的健康和生存至關重要 使用60個鳳梨科植物和自定義的加熱系統設置實驗。 吉·貝克爾, CC BY-SA

氣候變化的多米諾效應

在這個研究中,發表在《自然氣候變化》上,我們發現變暖對生態群落網絡(包括環境細菌,蠕蟲,蚊蟲幼蟲和其他水生無脊椎動物)的影響損害了g的腸道菌群,導致生長減少,這是適應性的代名詞。

g腸道微生物群的健康與鳳梨科動物與alongside生活在一起的水生細菌和無脊椎動物群落的變化特別相關。 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.也就是說,變暖支持某些細菌和無脊椎動物物種的生長和繁殖,並抑制其他細菌和無脊椎動物,這些環境變化擾亂了g腸道微生物組。

The higher temperatures also led to faster development of filter-feeding mosquito larvae.較高的溫度還導致了濾食性蚊蟲幼蟲的更快發育。 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.我們的結果表明,較高的過濾器進料速率還以進一步干擾the微生物組的方式改變了環境中細菌的種類組成。

實際上,t的生長-代表該物種的健康-與變暖引起的腸道微生物群變化的關聯更強,而不是像cold這樣的冷血動物所預期的變暖對生長的直接影響或變暖對動物的影響。 '的藻類食物資源。

我們的工作證明 全球氣候變化如何影響甚至最小水平的生物組織,包括生活在微小青蛙物種消化道中的共生細菌。

在整個生態社區的背景下審視這些過程有助於拓寬我們對全球變化下微生物組健康的認識。

研究 對脊椎動物微生物群落變暖的調查研究通常著重於宿主菌群的直接溫度響應,而不是將宿主置於野外生活的複雜而交織的社區中。

我們的發現支持 科學家之間越來越多的共識是,儘管預計氣候變暖將使某些動物的溫度超過其溫度閾值,但變暖的更為普遍的後果是,它可能引發生態多米諾效應,破壞了生態系統正常運作所需的物種相互作用。談話

關於作者

研究員Sasha Greenspan, 美國阿拉巴馬大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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