気候温暖化は、動物の健康と生存に不可欠な腸内微生物を変化させています

気候温暖化は、動物の健康と生存に不可欠な腸内微生物を変化させています ブラジルの大西洋岸森林における豊かな植物の多様性のスナップショット。 ギーベッカー, のCC BY-SA

It seems like each day scientists report more dire consequences of climate change on animals and plants worldwide.科学者たちは毎日、世界中の動植物に対する気候変動のより悲惨な結果を報告しているようです。 Birds that areある鳥 後で移行する in the year can't find enough food.その年には十分な食料を見つけることができません。 Plants are植物は 前に開花 their insect pollinators hatch.彼らの昆虫の花粉交配者は孵化します。 Prey species have獲物の種は持っています スタミナが少ない to escape predators.捕食者から逃れるために。 In short, climatic shifts that affect one organism are likely to trigger ripple effects that can disturb the structure and functioning of entire ecosystems.要するに、ある生物に影響を与える気候変動は、生態系全体の構造と機能を乱す可能性のある波及効果を引き起こす可能性があります。

周囲の環境を大きく反映する動物の健康のXNUMXつの要素は マイクロバイオーム、食品の消化を助け、免疫系を調節し、病原体から保護することが現在知られている微生物のコンソーシアム。 The species of bacteria that make up the microbiome are primarily recruited from the environment.ミクロビオームを構成する細菌の種は、主に環境から集められます。 Thus, food webs and other animal interactions that influence environmental bacteria have the potential to shape animals' microbiomes.したがって、環境細菌に影響を与える食物網やその他の動物の相互作用は、動物のマイクロバイオームを形成する可能性があります。

しかし、気候変動が環境を乱し、微生物が生き残り、繁栄するために必要な重要な機能を実行することを妨げる動物のマイクロバイオームの変化を引き起こすとどうなりますか?

私は生態学者です の研究室で ギーベッカー specializing in tropical research at the intersection of emerging amphibian disease and climate change.新たな両生類の病気と気候変動の交差点での熱帯研究を専門としています。 Hundreds of amphibians across the global tropics are facing mounting pressures from disease and climate change.世界の熱帯地方の何百もの両生類が、病気や気候変動による高まる圧力に直面しています。 And there is growing evidence that environmental stressors are changing animals' microbiomes, contributing to the challenges they face.そして、環境ストレッサーが動物のマイクロバイオームを変化させ、動物が直面する課題に貢献しているという証拠が増えています。

エコシステムの構築

最近の実験 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.おたまじゃくしのマイクロバイオームが環境内の他の動物種によってどのように影響を受けるかを理解するために設計された、私の同僚と私はブラジル大西洋岸森林の湿地生息地からの淡水細菌、甲殻類、昆虫の健康なコミュニティを研究しました。 We focused on their feeding activities – how they filtered water to get their food and broke down dead plant material.私たちは彼らの摂食活動に焦点を当てました-彼らがどのように水をろ過して食物を得て、死んだ植物材料を分解したか。

It is well known that these feeding activities are essential for ecosystem functions such as decomposition.これらの摂食活動は、分解などの生態系機能に不可欠であることはよく知られています。 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.しかし、これらの食物網は別の目的にも役立つことがわかりました。病原性微生物と戦う種など、環境内の「良い」細菌種の成長を促進することです。

As a result, tadpoles sharing the ecosystem with these microorganisms and invertebrates had healthier gut microbiomes.その結果、これらの微生物や無脊椎動物と生態系を共有するオタマジャクシは、より健康な腸内マイクロバイオームを持っていました。 This provided a strong defense against pathogens, compared with tadpoles that weren't sharing their habitat with diverse networks of organisms.これは、生物の多様なネットワークと生息地を共有していなかったオタマジャクシと比較して、病原体に対する強力な防御を提供しました。

私たちの最新作 気候温暖化などの障害が、野生の脊椎動物のマイクロバイオームの健康を確保するのに役立つこれらの食物網にどのように影響するかをテストすることにより、この研究をさらに一歩進めました。

多様な生態系における種の相互作用のマッピングは、環境が予測できない野外条件下では困難であり、実験を複製して調査結果を確認することは困難です。

この問題に対処するために、アナナス科の植物を使用してミニ生態系として機能させ、同僚と私が実験室のより制御された条件で種の相互作用に対する温暖化気候の影響を研究できるようにしました。

気候温暖化は、動物の健康と生存に不可欠な腸内微生物を変化させています アナナス植物のきつく渦巻いた葉は、オタマジャクシ、無脊椎動物、微生物のためのミニ水族館を提供します。 サーシャグリーンスパン, の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.アナナスは自然の小宇宙であり、その小さな寸法により、小さなスペースでそれらの多くを成長させることができるため、コミュニティの相互作用に関する実験的作業に理想的です。 Our study sites in Brazil's tropical rainforests support extremely high densities of bromeliads from ground to canopy, often resembling a Dr. Seussian wonderland.ブラジルの熱帯雨林にある私たちの研究サイトは、地面から天蓋まで非常に高密度のアナナスをサポートしており、多くの場合、ドクタースースの不思議の国に似ています。

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.実験のために自然の生態系を再現するために、ブラジルのサンパウロにある小さな熱帯林の陰に、XNUMX匹の同一のアナナスの庭を屋外に植えました。 We then allowed the bromeliads to be naturally colonized by invertebrates and microorganisms for three months.次に、アナナスに無脊椎動物と微生物が自然にコロニーを形成するのをXNUMXか月間許可しました。 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.一部の植物は周囲温度にさらされ、他の植物は、予測される世界的な気候変動の傾向に一致するように、カスタムの屋外暖房システムを使用して、周囲温度よりXNUMX度高く暖められました。

近くで、実験用のモデル宿主種を収集しました–ツリーフロッグ種のオタマジャクシ オロリゴン・ペルプシラ アナナスの葉によって作られたミニ水族館でのみ繁殖します。

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.次に、アナナスを屋外から実験室に移し、各植物の中央にある小さな水たまりにオタマジャクシを追加し、同じ加熱システムを適用して温暖化をシミュレートしました。 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.数週間後、オタマジャクシの腸内の細菌種と、アナナスに生息する細菌および無脊椎動物の種を調査しました。

気候温暖化は、動物の健康と生存に不可欠な腸内微生物を変化させています 60匹のアナナスとカスタム加熱システムを使用した実験のセットアップ。 ギーベッカー, のCC BY-SA

気候変動のドミノ効果

この研究ではNature Climate Changeに掲載された、環境細菌、ワーム、蚊の幼虫、その他の水生無脊椎動物を含む生態系コミュニティネットワークへの温暖化の影響により、オタマジャクシの腸内細菌叢が損なわれ、成長の低下につながることがわかりました。

The health of tadpole gut microbiomes was specifically linked to changes in the community of aquatic bacteria and invertebrates living alongside tadpoles within the bromeliads.オタマジャクシの腸内マイクロバイオームの健康状態は、アナナス内のオタマジャクシと一緒に生息する水生細菌と無脊椎動物の群集の変化に特に関連していました。 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.つまり、温暖化は特定の種の細菌や無脊椎動物の成長と繁殖をサポートし、他の種を阻害し、これらの環境変化はオタマジャクシの腸内細菌叢を乱しました。

The higher temperatures also led to faster development of filter-feeding mosquito larvae.より高い温度はまた、ろ過摂食蚊の幼虫のより速い発達につながりました。 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.我々の結果は、ろ過摂食の割合が高いと、オタマジャクシのミクロビオームをさらに乱す方法で、環境中の細菌の種組成も変化したことを示唆しています。

実際、オタマジャクシの成長(種の健康の代用)は、オタマジャクシのような冷血動物で予想される成長への温暖化の直接的な影響や温暖化の影響よりも、腸内マイクロバイオームの温暖化による変化とより強く関連していました。オタマジャクシの藻類の食物資源。

私たちの仕事は 地球規模の気候変動が、小さなカエル種の消化管内に生息する共生細菌を含む、最小レベルの生物学的組織にさえ影響を与える可能性があること。

生態学的コミュニティ全体の文脈の中でこれらのプロセスを見ると、地球規模の変化の下でのマイクロバイオームの健康に関する私たちの視野を広げるのに役立ちます。

研究 脊椎動物のマイクロバイオームに対する温暖化の影響の調査は、通常、野生に生息する複雑で絡み合ったコミュニティ内に宿主を配置するのではなく、宿主植物相の直接的な温度応答に焦点を合わせています。

調査結果をサポート 気候温暖化は一部の動物を熱閾値を超えると予想されるが、温暖化のはるかに遍在する結果は、生態系が適切に機能するために必要な種の相互作用を混乱させ、生態学的ドミノ効果を引き起こす可能性があるという科学者の間のコンセンサスの高まり。会話

著者について

サーシャグリーンスパン、リサーチアソシエイト、 アラバマ大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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