Антарктида - почти необитаемый, покрытый льдом континент, опустошенный холодными, ветреными и сухими условиями. Исследователь Технологического института Вирджинии Джеб Барретт входил в состав международной группы, которая анализировала модели биоразнообразия в Сухих долинах Мак-Мердо в Антарктиде.
Удивительно, но мы обнаружили, что биотические, или живые, взаимодействия имеют решающее значение в формировании моделей биоразнообразия даже в экстремальных экосистемах Сухих долин Антарктики. Антарктические почвы являются модельными экосистемами, ограниченными экстремальным климатом и отсутствием сосудистых растений., и они содержат простые пищевые сети с несколькими видами», - сказал Барретт, профессор кафедры биологических наук в Колледже наук.
Эти результаты были недавно опубликованы в двух отдельных статьях в журнале Communications Biology. В статье о биотических взаимодействиях анализируется все сообщество почвенных организмов; сопутствующая статья посвящена сообществу почвенных нематод с использованием подхода к моделированию.
Характеристики антарктических сообществ, такие как простые пищевые сети и низкое видовое богатство, позволяют лучше понять все сообщество, от бактерий до многоклеточных беспозвоночных.
Это исследование является результатом международного сотрудничества ученых из полудюжины стран: США, Новой Зеландии, Канады, Австралии, Великобритании и Южной Африки. Организованный Университетом Вайкато и Новозеландской антарктической программой, он является первым в своем роде исследованием почвенного сообщества в целом в региональном масштабе.
Барретт проводит исследования в Антарктиде уже 20 лет; он использовал для этого исследовательского сотрудничества в 2009 и 2010 годах. Исследования в лаборатории Барретта посвящены влиянию почв, изменчивости климата, гидрологии и биоразнообразия на биогеохимический цикл от масштабов микроорганизмов до региональных ландшафтов.
«Мои исследования в Антарктике были сосредоточены на анализе физических и геохимических факторов, которые предсказывают модели биоразнообразия. Сначала я сосредоточился на сообществах нематод, а теперь моя работа расширилась и на сообщества бактерий», - сказал Барретт, аффилированный преподаватель Центра глобальных изменений, расположенного в Институте наук о жизни Фралина.
Документ по биологии коммуникаций, посвященный биотическим взаимодействиям, рассматривает все сообщество почвенных организмов: цианобактерии, гетеротрофные бактерии, нематоды и другие микроскопические беспозвоночные. В своем анализе ученые изучили факторы, определяющие распространение и численность этих организмов, а также температуру, топографию, расстояние до побережья и свойства почвы, такие как уровень воды и рН.
«Что делает эту статью действительно уникальной, так это то, что мы рассмотрели все сообщество почвенных организмов и все возможные биотические и абиотические взаимодействия, которые потенциально формируют видовой состав и разнообразие», - сказал Барретт. «Мы использовали статистический метод моделирования структурными уравнениями, чтобы выявить движущие силы этих сообществ».
Биогеохимия и климат оказывают сильное влияние на биоразнообразие, но эти новые данные показали, что есть еще два важных фактора. Они обнаружили, что биогеография и взаимодействие видов являются более сильными факторами биоразнообразия, чем предполагалось изначально. Биогеографические процессы происходят, когда организм перемещается в пространстве, взаимодействуя при этом со своим сообществом. Взаимодействия видов, такие как отношения хищник-жертва и конкуренция, также влияют на биоразнообразие.
В сопутствующей статье исследователи использовали подход к моделированию для изучения одновременного появления и распространения трех доминирующих видов нематод, обнаруженных в почве. Нематоды, также известные как круглые черви, представляют собой группу простых организмов, которые успешно адаптировались почти ко всем экосистемам на Земле. Исследователи продемонстрировали, что конкуренция является более важным фактором разнообразия в сообществе нематод, чем считалось ранее.
Мы смоделировали три вида нематод - Plectus, Scottnema и Eurdoylaimus - которые потенциально взаимодействуют друг с другом. Наши результаты показывают, что не только экологические факторы влияют на распределение видов в полярном ландшафте, но и конкуренция и взаимодействие играют важную роль. также большую роль в модели разнообразия», - сказал Барретт.
Будущая задача для исследователей состоит в том, чтобы понять, как влияние изменения климата на эти взаимодействия повлияет на сосуществование видов в Антарктиде. Они ожидают, что с повышением температуры таяние льда создаст среду, которая будет выбирать для видов нематод, более приспособленных к более теплой и влажной среде. Ранние признаки этого уже наблюдались в долгосрочных исследованиях почвенных сообществ, как сообщалось в журнале Ecology в прошлом году.
Текущие исследования Барретта финансируются Программой долгосрочных экологических исследований (LTER) Национального научного фонда. Его исследовательская цель с LTER состоит в том, чтобы использовать комбинацию манипулятивных экспериментов и долгосрочных наблюдений, чтобы понять, как изменчивость климата влияет на антарктические организмы и экосистемы.