Antarctica is een bijna onbewoond, met ijs bedekt continent geteisterd door kou, winderig, en droge omstandigheden. Virginia Tech-onderzoeker Jeb Barrett maakte deel uit van een internationaal samenwerkingsteam dat biodiversiteitspatronen analyseerde in de McMurdo Dry Valleys van Antarctica.

"Verrassend genoeg, we vonden dat biotische, of leven, interacties zijn cruciaal bij het vormgeven van biodiversiteitspatronen, zelfs in de extreme ecosystemen van de Antarctische Droge Valleien. Antarctische bodems zijn modelecosystemen, beperkt door het extreme klimaat en gebrek aan vaatplanten, en ze herbergen eenvoudige voedselwebben met weinig soorten, " zei Barrett, professor aan de afdeling Biologische Wetenschappen van het College of Science.

Deze bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in twee afzonderlijke artikelen in Communicatiebiologie . Een paper over biotische interacties analyseert de hele gemeenschap van bodemorganismen; het begeleidende artikel richt zich op de gemeenschap van bodemnematoden met behulp van een modelleringsaanpak.

Kenmerken van Antarctische gemeenschappen, zoals eenvoudige voedselwebben en een lage soortenrijkdom, zorgen voor een beter begrip van de hele gemeenschap, van bacteriën tot meercellige ongewervelde dieren.

Dit onderzoek is het resultaat van een internationale samenwerking van wetenschappers uit een half dozijn landen:de Verenigde Staten, Nieuw-Zeeland, Canada, Australië, Groot Brittanië, en Zuid-Afrika. Georganiseerd door de Universiteit van Waikato en het Nieuw-Zeelandse Antarctische Programma, het is de eerste in zijn soort die een bodemgemeenschap in zijn geheel op regionale schaal bestudeert.

Barrett doet al 20 jaar onderzoek op Antarctica; hij zette zich in voor deze onderzoekssamenwerking in 2009 en 2010. Onderzoek in het Barrett-lab richt zich op de invloeden van bodems, klimaatvariabiliteit, hydrologie, en biodiversiteit op biogeochemische cycli van de schaal van micro-organismen tot regionale landschappen.

"Mijn onderzoek in Antarctica was gericht op het analyseren van de fysische en geochemische drijfveren die biodiversiteitspatronen voorspellen. Ik concentreerde me aanvankelijk op de nematodengemeenschappen, en mijn werk is nu uitgebreid naar de bacteriële gemeenschappen, ook, " zei Barrett, een aangesloten faculteitslid van het Global Change Center, ondergebracht in het Fralin Life Science Institute.

De Communicatiebiologie paper over biotische interacties beschouwt de hele gemeenschap van bodemorganismen:cyanobacteriën, heterotrofe bacteriën, nematoden, en andere microscopisch kleine ongewervelde dieren. De wetenschappers bestudeerden de factoren die de verspreiding en abundantie van deze organismen bepalen, evenals temperatuur, topografie, afstand tot de kust, en bodemeigenschappen, zoals water- en pH-waarden, in hun analyse.

"Wat dit artikel echt uniek maakt, is dat we rekening hebben gehouden met de hele gemeenschap van bodemorganismen en alle mogelijke biotische en abiotische interacties die mogelijk de soortensamenstelling en diversiteit vormen, " zei Barrett. "We gebruikten de statistische techniek van structurele vergelijkingsmodellering om uit te plagen wat de drijfveren van deze gemeenschappen zijn."

Biogeochemie en klimaat hebben sterke effecten op de biodiversiteit, maar deze nieuwe gegevens toonden aan dat er nog twee andere belangrijke factoren zijn. Ze ontdekten dat biogeografie en interacties tussen soorten sterkere aanjagers van biodiversiteit zijn dan oorspronkelijk werd verwacht. Biogeografische processen vinden plaats wanneer een organisme door de ruimte beweegt, interactie met zijn gemeenschap terwijl deze beweegt. Soorten interacties, zoals roofdier-prooi relaties en competitie, ook de biodiversiteit beïnvloeden.

In de begeleidende krant de onderzoekers gebruikten een modelleringsaanpak om het gelijktijdig voorkomen en de verspreiding van drie dominante nematodensoorten in de bodem te bestuderen. Nematoden, ook wel spoelwormen genoemd, zijn een groep eenvoudige organismen die zich met succes hebben aangepast aan bijna elk ecosysteem op aarde. De onderzoekers toonden aan dat concurrentie een belangrijkere aanjager is van diversiteitspatronen in de nematodengemeenschap dan eerder werd gedacht.

"We hebben drie soorten nematoden gemodelleerd:Plectus, Scottnema, en Eurdoylaimus - die mogelijk met elkaar in wisselwerking staan. Onze resultaten laten zien dat het niet alleen omgevingsfactoren zijn die de verspreiding van soorten over het poollandschap beïnvloeden, maar dat concurrentie en interacties ook een grote rol spelen in diversiteitspatronen, ' zei Barrett.

De toekomstige uitdaging voor onderzoekers is om te begrijpen hoe de effecten van klimaatverandering op deze interacties het naast elkaar bestaan ​​van soorten op Antarctica zullen veranderen. Ze verwachten dat bij stijgende temperaturen, het ontdooien van ijs zal omgevingen creëren die selecteren op nematodensoorten die meer aangepast zijn aan warmere en nattere omgevingen. Vroege aanwijzingen hiervoor zijn al waargenomen in de langetermijnmonitoringstudies van het team van bodemgemeenschappen, zoals vorig jaar werd gerapporteerd in het tijdschrift Ecology.

Het lopende onderzoek van Barrett wordt gefinancierd door het Long Term Ecological Research (LTER)-programma van de National Science Foundation. Zijn onderzoeksdoel met de LTER is om een ​​combinatie van manipulatieve experimenten en langetermijnobservaties te gebruiken om te begrijpen hoe klimaatvariabiliteit Antarctische organismen en ecosystemen beïnvloedt.