Studies naar de relaties tussen microben en de organismen waarop ze leven, onthullen hoe planten en dieren zich kunnen aanpassen aan klimaatverandering.

Nu de wereld wordt geconfronteerd met een opwarming van de aarde ergens tussen de 1 en 5,5 graden Celsius, organismen die zijn geëvolueerd om te gedijen in specifieke omgevingen, moeten zich aanpassen, anders kunnen ze moeite hebben om te overleven. Onze oceanen zijn zo'n ecosysteem dat met een dergelijke situatie wordt geconfronteerd.

"Naarmate de atmosferische kooldioxideconcentraties stijgen, geassocieerde opwarming van de oceaan en verzuring van de oceaan worden voorspeld, " zei Dr. Oriol Sacristán-Soriano van de afdeling Mariene Ecologie van het Centrum voor Geavanceerde Studies van Blanes in Spanje.

Dit komt omdat de samenleving momenteel te veel koolstofdioxide uitstoot dan veilig kan worden opgenomen door de oceaan. De daaruit voortvloeiende verstoring van de zuurgraad van het water, samen met de stijging van de mondiale oceaantemperaturen, transformeert nu mariene ecosystemen.

Koraalrif, bijvoorbeeld, worstelen met de verandering van temperatuur, wat massale bleking veroorzaakt waar hun exoskeletten broos worden. Ze zijn niet het enige organisme dat gevaar loopt binnen deze ecologische gemeenschap.

'(Zee)sponzen blijken te lijden onder klimaatverandering, " zei Dr. Sacristán-Soriano. "Abnormale verhoogde zeewatertemperaturen kunnen verschuivingen veroorzaken in de microbiële gemeenschap van sponzen, veranderingen in fysiologische processen zoals pompsnelheden en voedingsgedrag, of een daling van de overlevingskansen."

Microbiële gemeenschap

Deze microbiële gemeenschap is niet alleen essentieel voor een goede sponsgezondheid, maar ook algemene nutriëntenkringloop die helpt om een ​​evenwichtige omgeving te behouden voor ander leven in het koraalrif.

Dit is vooral belangrijk bij milieubedreigingen zoals bleken. Als de microbiële gemeenschap zou kunnen acclimatiseren of zich aanpassen aan veranderingen in het milieu, dergelijke bedreigingen kunnen worden verminderd, en het ecosysteem zou veerkrachtiger worden.

"Alle sponzen hebben geassocieerde microbiële organismen die in hun weefsels leven, zoals bacteriën, archaea, of schimmels, " zei Dr. Sacristán-Soriano.

Maar sommige sponsmicroben gedijen goed onder klimaatverandering en kunnen geheimen bevatten om hun gastheren - en hun mariene ecosysteem - te helpen zich beter aan te passen. Een zo'n micro-organisme is Symbiodinium dat is een soort algen dat leeft in een groep sponzen die saaie sponzen worden genoemd - genoemd naar hun eigenschap om gaten te graven in harde calcium- of kalkoppervlakken, zoals koralen of weekdieren.

"Deze alg lijkt de erosie (graven) en groeisnelheid van de spons te verbeteren door hun fotosynthetische activiteit, " zei Dr. Sacristán-Soriano, die de hoofdonderzoeker is van het SCOOBA-project dat de symbiose tussen microben en saaie sponzen bestudeert.

Hij onderzoekt hoe de veranderende temperatuur en zuurgraad van de oceaan verschuivingen in deze symbiotische relatie veroorzaken, die zou kunnen onthullen hoe micro-organismen, en daarom de spons, zich aanpassen aan het veranderende mariene milieu.

"Naast inzicht te geven in hoe zowel bacteriën als Symbiodinium partners gedragen zich in zulke stressvolle omstandigheden, we zullen voor het eerst op genetisch niveau bijdragen aan het effect van klimaatverandering op bio-erosie van sponzen (hoe het zich in het oceaanoppervlak graaft), " zei Dr. Sacristán-Soriano.

Dit geeft inzicht in hoe sommige organismen in de natuur zich aanpassen aan klimaatverandering. Hoe meer onderzoekers leren over de winnaars en verliezers, hoe groter de kans dat milieuonderzoek en -beleid in een veerkrachtiger richting worden gestuurd.

Evolutie

Aangezien de geschiedenis van onze planeet gevuld is met gebeurtenissen op het gebied van klimaatverandering, sommige onderzoekers wenden zich tot het verleden om beter te begrijpen waarom bepaalde soorten gedijen en andere niet.

Volgens Dr. Brecht Verstraete, een bioloog in het Natural History Museum van Oslo in Noorwegen, 'evolutie is gekoppeld aan het milieu' en de symbiotische relaties van bacteriën in planten zouden kunnen onthullen hoe sommige soorten zich aanpasten aan klimaatverandering.

"Planten die interageren met bacteriën evolueren sneller, wat betekent dat ze meer variabiliteit en aanpassingspotentieel hebben, " hij zei.

Dr. Verstraete was de hoofdonderzoeker van het SYMBIOSE-project dat tot doel had te begrijpen hoe de relatie tussen koffieplanten en bacteriën in de bladeren evolueerde. Hij onderzocht het DNA van koffieplanten en traceerde de oorsprong van de symbiose naar Afrika 11 miljoen jaar geleden, toen er een wereldwijde afkoelingsgebeurtenis was. In die tijd, een regenwoud bedekt bijna het hele continent, maar naarmate het klimaat droger werd, werd het langzaam vervangen door de graslandecosystemen van vandaag.

"Organismen die in die omstandigheden leven, moesten veranderen en zich aanpassen aan deze nieuwe situatie, " zei Dr. Verstraete. "De 100 planten van de koffiefamilie (die ik bestudeerde) pasten zich aan door deze symbiose met bacteriën aan te gaan."

Dr. Verstraete zegt dat de huidige hypothese over waarom deze symbiose is ontstaan, is dat de bacteriën de planten hielpen bij het ontwikkelen van chemicaliën die zichzelf beschermden tegen een toenemend aantal herbivoren die nu floreerden in de nieuwe Afrikaanse graslanden.

Het project ontdekte ook dat elke plant een unieke relatie had met de bacteriën, wat betekent dat ze elkaar nodig hadden om te overleven. Dat zou betekenen dat als er weer een verandering in het klimaat zou plaatsvinden, beide partijen zouden zich samen moeten aanpassen.

Volgens Dr. Verstraete, er is niet genoeg aandacht voor het onderzoeken van de interactie van planten met andere organismen in hun ecosysteem - het onderzoek is te geconcentreerd op de impact van klimaatverandering op verschillende regio's of individuele plantverbetering. Hij hoopt dat de resultaten van SYMBIOSE de aanpassingsdiscussie zullen helpen verschuiven naar een meer holistische benadering.

"Planten leven in een bepaalde omgeving met andere organismen in een complex ecosysteem, " zei hij. "Als je kijkt naar het verzachten van verandering, je moet niet alleen naar de individuele plant kijken, maar alles eromheen opnemen."