Kan symbiotiske mikrober hjælpe økosystemer med at overleve global opvarmning?

Undersøgelser af forholdet mellem mikrober og de organismer, de lever af, afslører, hvordan planter og dyr kan tilpasse sig klimaændringer.

Med verden over for en global opvarmning et sted mellem 1 og 5,5 grader Celsius, organismer, der har udviklet sig til at trives i specifikke miljøer, skal tilpasse sig, ellers kan de kæmpe for at overleve. Vores oceaner er et sådant økosystem, der står over for en sådan situation.

"Når atmosfæriske kuldioxidkoncentrationer stiger, associeret havopvarmning og havforsuring forudsiges, " sagde Dr. Oriol Sacristán-Soriano fra Institut for Havøkologi ved Center for Avancerede Studier af Blanes i Spanien.

Det skyldes, at samfundet i øjeblikket udleder for meget kuldioxid, end det sikkert kan optages af havet. Den deraf følgende forstyrrelse af vandets surhedsgrad, sammen med stigningen i de globale havtemperaturer, transformerer nu marine økosystemer.

Koralrev, for eksempel, kæmper med temperaturændringen, hvilket forårsager masseblegning, hvor deres eksoskeletter bliver skøre. De er ikke den eneste organisme, der er i fare i dette økologiske samfund.

"(Marine) svampe er vist at være påvirket af klimaændringer, " sagde Dr. Sacristán-Soriano. "Unormalt forhøjede havvandstemperaturer kan forårsage ændringer i svampens mikrobielle samfund, ændringer i fysiologiske processer som pumpehastigheder og fodringsadfærd, eller et fald i overlevelsesrater."

Mikrobielt samfund

Dette mikrobielle samfund er ikke kun vigtigt for et godt svampesundhed, men også generel næringsstofcykling, som hjælper med at opretholde et afbalanceret miljø for andet liv i koralrevet.

Dette er især vigtigt med miljøtrusler såsom blegning. Hvis det mikrobielle samfund kunne akklimatisere sig eller tilpasse sig miljøændringer, sådanne trusler kan reduceres, og økosystemet ville blive mere modstandsdygtigt.

"Alle svampe har associerede mikrobielle organismer, der lever i deres væv, såsom bakterier, archaea, eller svampe, " sagde Dr. Sacristán-Soriano.

Men nogle svampemikrober trives under klimaændringer og kan rumme hemmeligheder for at hjælpe deres værter – og deres marine økosystem – med at tilpasse sig bedre. En sådan mikroorganisme er Symbiodinium som er en type alger, der lever i en gruppe af svampe kaldet kedelige svampe - opkaldt efter deres egenskab ved at grave huller i hårde kalk- eller kalkoverflader, såsom koraller eller bløddyrskaller.

"Denne alge ser ud til at forbedre erodering (gravning) og væksthastigheder af svampen gennem deres fotosyntetiske aktivitet, " sagde Dr. Sacristán-Soriano, som er hovedefterforsker af SCOOBA-projektet, som studerer symbiosen mellem mikrober og kedelige svampe.

Han undersøger, hvordan de skiftende temperatur- og surhedsniveauer i havet udløser skift i dette symbiotiske forhold, som kunne afsløre, hvordan mikroorganismer, og derfor svampen, tilpasser sig det ændrede havmiljø.

”Ud over at give indsigt i, hvordan både bakterier og Symbiodinium partnere opfører sig under sådanne stressede forhold, vi vil bidrage til effekten af ​​klimaændringer på svampebioerosion (hvordan den graver sig ned i havoverflader) på genetisk niveau for første gang, " sagde Dr. Sacristán-Soriano.

Dette vil give et indblik i, hvordan nogle organismer i naturen tilpasser sig klimaændringer. Jo flere forskere lærer om vindere og tabere, jo større chance kan miljøforskning og -politikker styres i en mere modstandsdygtig retning.

Udvikling

Da vores planets historie er fyldt med klimaforandringer, nogle forskere vender sig til fortiden for bedre at forstå, hvorfor visse arter trives, og andre ikke.

Ifølge Dr. Brecht Verstraete, en biolog ved Naturhistorisk museum i Oslo i Norge, 'Evolution er forbundet med miljøet' og de symbiotiske forhold mellem bakterier i planter kunne afsløre, hvordan nogle arter tilpassede sig klimaændringer.

"Planter, der interagerer med bakterier, udvikler sig hurtigere, hvilket betyder, at de har mere variation og potentiale for tilpasning, " han sagde.

Dr. Verstraete var hovedforsker i SYMBIOSIS-projektet, som havde til formål at forstå, hvordan forholdet mellem kaffeplanter og bakterier i dets blade udviklede sig. Han undersøgte kaffeplanternes DNA og sporede oprindelsen af ​​symbiosen til Afrika for 11 millioner år siden, da der var en global afkølingsbegivenhed. På det tidspunkt, en regnskov dækkede næsten hele kontinentet, men efterhånden som klimaet blev tørrere, blev det langsomt erstattet af dagens græsarealers økosystemer.

"Organismer, der lever under den situation, var nødt til at ændre sig og tilpasse sig denne nye situation, " sagde Dr. Verstraete. "De 100 planter i kaffefamilien (jeg studerede) tilpassede sig ved at starte denne symbiose med bakterier for at klare sig."

Dr. Verstraete siger, at den nuværende hypotese om, hvorfor denne symbiose udviklede sig, er, at bakterierne hjalp planterne med at udvikle kemikalier, der beskyttede sig selv mod et stigende antal planteædere, som nu trivedes i de nye afrikanske græsarealer.

Projektet fandt også ud af, at hver plante havde et unikt forhold til bakterierne, hvilket betyder, at de havde brug for hinanden for at overleve. Det ville betyde, at hvis der skulle ske endnu en ændring i klimaet, begge parter skulle tilpasse sig sammen.

Ifølge Dr. Verstraete, der er ikke nok fokus på at undersøge, hvordan planter interagerer med andre organismer i deres økosystem – forskningen er for koncentreret om klimaændringernes indvirkning på forskellige regioner eller individuelle planteforbedring. Han håber, at resultaterne fra SYMBIOSIS vil være med til at flytte tilpasningsdiskussionen til en mere holistisk tilgang.

"Planter lever i et bestemt miljø sammen med andre organismer i et komplekst økosystem, " sagde han. "Når man ser på afbødende forandringer, du skal ikke kun se på den enkelte plante, men inkludere alt omkring den."