Forskere analyserer biodiversitetsmønstre i Antarktis tørre dale

Antarktis er en næsten ubeboet, isdækket kontinent hærget af kulde, blæsende, og tørre forhold. Virginia Tech-forsker Jeb Barrett var en del af et internationalt samarbejdshold, der analyserede biodiversitetsmønstre i McMurdo Dry Valleys i Antarktis.

"Overraskende nok, vi fandt ud af, at biotisk, eller lever, interaktioner er afgørende for at forme biodiversitetsmønstre selv i de ekstreme økosystemer i Antarktis tørre dale. Antarktisk jord er modeløkosystemer, begrænset af det ekstreme klima og mangel på karplanter, og de er vært for simple fødenet med få arter, " sagde Barrett, professor ved Institut for Biologiske Videnskaber i Videnskabshøjskolen.

Disse resultater blev for nylig offentliggjort i to separate artikler i Kommunikationsbiologi . Et papir om biotiske interaktioner analyserer hele samfundet af jordorganismer; dets ledsagende papir fokuserer på jordens nematodesamfund ved hjælp af en modelleringstilgang.

Karakteristika for antarktiske samfund, såsom simple fødevæv og lav artsrigdom, give mulighed for en større forståelse af hele samfundet, fra bakterier til flercellede hvirvelløse dyr.

Denne forskning er resultatet af et internationalt samarbejde mellem forskere fra et halvt dusin lande:USA, New Zealand, Canada, Australien, Storbritanien, og Sydafrika. Arrangeret af University of Waikato og New Zealand Antarctic Program, det er det første af sin art, der studerer et jordsamfund i sin helhed på regionalt plan.

Barrett har forsket i Antarktis i 20 år; han udsendte til dette forskningssamarbejde i 2009 og 2010. Forskning i Barrett-laboratoriet omhandler jordbundens indflydelse, klimaændringer, hydrologi, og biodiversitet på biogeokemisk kredsløb fra mikroorganismers skala til regionale landskaber.

"Min forskning i Antarktis har været fokuseret på at analysere de fysiske og geokemiske drivkræfter, der forudsiger biodiversitetsmønstre. Jeg fokuserede oprindeligt på nematodesamfundene, og mit arbejde er nu udvidet til bakteriesamfundene, såvel, " sagde Barrett, et tilknyttet fakultetsmedlem i Global Change Center, til huse i Fralin Life Science Institute.

Det Kommunikationsbiologi papir om biotiske interaktioner behandler hele samfundet af jordorganismer:cyanobakterier, heterotrofe bakterier, nematoder, og andre mikroskopiske hvirvelløse dyr. Forskerne studerede de faktorer, der bestemmer fordelingen og forekomsten af ​​disse organismer, samt temperatur, topografi, afstand til kysten, og jordegenskaber, såsom vand og pH-niveauer, i deres analyse.

"Det, der gør denne artikel virkelig unik, er, at vi overvejede hele samfundet af jordorganismer og alle de mulige biotiske og abiotiske interaktioner, der potentielt former artssammensætningen og mangfoldigheden, "sagde Barrett." Vi brugte den statistiske teknik til modellering af strukturelle ligninger til at drille ud, hvad driverne i disse samfund er. "

Biogeokemi og klima har stærke effekter på biodiversiteten, men disse nye data viste, at der er to andre vigtige faktorer. De fandt ud af, at biogeografi og artinteraktioner er stærkere drivkræfter for biodiversitet end oprindeligt forventet. Biogeografiske processer opstår, når en organisme bevæger sig gennem rummet, interagerer med sit samfund, mens det bevæger sig. Interaktioner mellem arter, såsom rovdyr-bytte-forhold og konkurrence, også påvirke biodiversiteten.

I ledsagepapiret, forskerne brugte en modelleringsmetode til at studere co-forekomst og fordeling af tre dominerende nematodearter, der findes i jorden. Nematoder, også kendt som rundorme, er en gruppe simple organismer, der med succes har tilpasset sig næsten alle økosystemer på Jorden. Forskerne viste, at konkurrence er en vigtigere drivkraft for mangfoldighedsmønstre i nematodesamfundet end tidligere antaget.

"Vi modellerede tre nematodearter - Plectus, Scottnema, og Eurdoylaimus - som potentielt interagerer. Vores resultater viser, at det ikke kun er miljømæssige drivkræfter, der påvirker arternes fordeling på tværs af polarlandskabet, men at konkurrence og interaktioner også spiller en stor rolle i mangfoldighedsmønstre, " sagde Barrett.

Den fremtidige udfordring for forskere er at forstå, hvordan virkningerne af klimaændringer på disse interaktioner vil ændre arternes sameksistens i Antarktis. De forventer, at med stigende temperaturer, optøning af is vil skabe miljøer, der udvælger nematodearter, der er mere tilpasset varmere og vådere miljøer. Tidlige indikationer på dette er allerede blevet observeret i teamets langsigtede overvågningsundersøgelser af jordsamfund, som rapporteret i tidsskriftet Ecology sidste år.

Barretts igangværende forskning er finansieret af National Science Foundations Long Term Ecological Research (LTER) Program. Hans forskningsmål med LTER er at bruge en kombination af manipulative eksperimenter og langsigtede observationer til at forstå, hvordan klimavariationer påvirker antarktiske organismer og økosystemer.