Сотрудник отдела экологии и эволюционной биологии Университета Аризоны Брайан Энквист и бывшая аспирантка Ванесса Баззард путешествовали по Америке: от влажных тропических джунглей в Панаме до холодных бореальных лесов в Колорадо и влажных умеренных лесов на северо-западе Тихого океана. По пути они собрали образцы почвы, обернули деревья поясами для измерения роста в мелком масштабе и установили датчики, которые продолжают собирать данные о влажности и температуре почвы, которые сильно различаются между лесами..
«Температура влияет на многие экологические процессы и используется для объяснения закономерностей биоразнообразия уже более века; однако у нас до сих пор нет четкого понимания того, как температура влияет на функционирование экосистем», - сказал Баззард.
Но, измеряя и сравнивая черты различных видов, чтобы понять, как они функционируют в окружающей среде при разных температурах, команда обнаружила, как температура влияет на экосистему. Они обнаружили, что температура вызывает скоординированные сдвиги в функциональных признаках между растениями и микробами, которые влияют на экосистемы, по словам Баззарда, ведущего автора статьи, опубликованной в журнале Nature Ecology and Evolution 19 августа.
«Работа представляет собой беспрецедентный мониторинг почв и лесов от жарких тропических лесов до холодных бореальных лесов и заполняет важные пробелы в нашем экологическом понимании того, как организмы на разных уровнях пищевой цепи экосистемы связаны через температуру», Энквист сказал о проекте, который начался в 2011 году. «Работа включала в себя много полевых работ в удаленных местах, лабораторных работ, связанных с анализом микробной ДНК почвы, и компьютерных анализов с использованием больших наборов данных».
Например, бактерии в определенных сообществах имеют гены, адаптированные эволюцией для циклического использования питательных веществ, которые естественным образом доступны в их экосистеме. Команда обнаружила сдвиг в генах, связанных с круговоротом питательных веществ для бактерий, поскольку температура в разных местах различалась.
«По мере того, как вы увеличиваете широту - то есть более низкие температуры - у нас возникает ограничение по азоту. Мы ожидаем, что это повлияет на структурирование этих сообществ, как растений, так и микробов», - сказал Энквист.
В тропических лесах, напротив, деревья быстро растут и сбрасывают очень широкие листья. Это означает, что эти «выброшенные листья», как выразился Баззард, постоянно падают на пол, чтобы микробы их поглотили. Исследовательская группа обнаружила меньшее количество генов у местных микробов, ответственных за переработку углерода. В лесах с соснами, которые прорастают и сбрасывают плотные узкие листья, местные бактерии имеют другие функциональные черты: они имеют большее количество генов круговорота углерода, чтобы справляться с трудностями доступа к большим запасам углерода, доступным в регионах с умеренным климатом.. По словам Баззарда, это все равно, что есть салат (тропики) и кору (умеренные регионы).
«Мы можем использовать это понимание, чтобы делать прогнозы о том, как, по нашим ожиданиям, микробные сообщества почвы будут функционировать при изменении климата», - сказал Баззард.«Если температура вызывает наблюдаемый сдвиг в функционировании растений и бактерий, экосистемы, подверженные потеплению климата, также должны испытывать направленные сдвиги в функциональном разнообразии и биогеохимии».
Этот сдвиг может произойти слишком быстро, чтобы экосистемы успели адаптироваться. Она также добавила, что разнообразие определяется не только температурой. Могут быть и другие сдерживающие факторы, которые можно выявить в другом исследовании.
Далее Баззард сказал, что команда установит дополнительные сайты для сбора большего количества данных. Они также хотят отслеживать, как скорость роста растений варьируется в экосистемах с разной температурой. Это означает гораздо больше времени в полевых условиях, но для Buzzard это не проблема. Она проводила не менее шести месяцев в году в течение первых трех лет обучения в полевых условиях: «Мне очень нравилось быть в поле. Бывают долгие дни. Они тяжелые, но вы можете посетить эти удивительные места и уникальное взаимодействие с дикой природой."