Eine Erhöhung der Temperatur oder der Nährstoffe kann Ökosysteme schädigen, indem sie die Nahrungsnetze destabilisiert, die alle miteinander verbundenen Nahrungsketten sind, die dazu führen, dass sich Gemeinschaften so verhalten, wie sie es tun. Wenn Temperatur und Nährstoffe jedoch zusammen zunehmen, verhalten sich Ökosysteme manchmal auf unerwartete Weise.
In einer Studie veröffentlicht in Verfahren der Royal Society B: Biologische Wissenschaftenuntersuchten Wissenschaftler ein mikrobielles Nahrungsnetz im Labor, das aus bakterieller Beute und protistischen Raubtieren bestand. Sie fanden heraus, dass Temperatur- und Nährstoffänderungen beeinflussen, wie die Häufigkeit mikrobieller Arten und die durchschnittliche Körpergröße zueinander in Beziehung stehen. Diese Arbeit bietet eine neue Möglichkeit, Veränderungen in mikrobiellen Gemeinschaften angesichts der schnellen globalen Erwärmung und Nährstoffverschmutzung zu verstehen.
Für die Entwicklung vorhersagender Ökosystemmodelle ist es wichtig zu verstehen, wie sich globale Veränderungen auf die Struktur und Dynamik mikrobieller Gemeinschaften auswirken können. Obwohl eine Erhöhung der Temperatur oder der Nährstoffe Nahrungsnetze destabilisieren kann, können gleichzeitige Erhöhungen zu Ergebnissen führen, die sich qualitativ von ihren additiven negativen Auswirkungen unterscheiden, ein Phänomen, das kaum verstanden wird.
In dieser Studie manipulierten Forscher der Duke University Temperatur- und Nährstoffgehalte in synthetischen mikrobiellen Nahrungsnetzen, die aus Bakterien, bakterienfressenden Protisten und allesfressenden Spitzenprädatoren bestehen. Die Verfolgung von Populationsdichten und Körpergrößen im Zeitverlauf ermöglichte es den Wissenschaftlern, trophische Wechselwirkungen und Rückkopplungen zwischen den Körpergrößen der Arten und der Populationsdynamik zu quantifizieren.
Experimente zeigten, dass Temperatur und Nährstoffe die Populationsdynamik der Arten auf allen trophischen Ebenen signifikant, aber unterschiedlich beeinflussten, während ihre interaktiven Effekte auf höheren trophischen Ebenen stärker waren. Die stärksten Wechselwirkungen zwischen Körpergröße und Populationsdynamik sowie Wechselwirkungen zwischen den Arten wurden bei niedrigeren Nährstoffgehalten und höheren Temperaturen beobachtet.
Die Studie zeigt, wie sich die Stabilität mikrobieller Nahrungsnetze ändern könnte, wenn sich mehrere Umweltstressoren gleichzeitig ändern. Dies bietet einen neuen Rahmen für das Verständnis, wie Ökosysteme auf die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten reagieren. Insbesondere das Verständnis, wie sich solche Reaktionen auf verschiedenen Ebenen in einem Ökosystem auswirken könnten, wird zu besseren Vorhersagen der Reaktionen mikrobieller Gemeinschaften auf den Klimawandel führen. Dies wiederum wird Wissenschaftlern helfen, besser vorherzusagen, wie ganze Ökosysteme auf ein sich änderndes Klima reagieren werden.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass schnelle Veränderungen der Körpergröße Temperaturreaktionen auf Bevölkerungs- und Gemeinschaftsebene vermitteln und möglicherweise die Interaktionen der Arten unter Umweltveränderungen verstärken. Die Studie bietet Einblicke in die Reaktionen mikrobieller Nahrungsnetze auf Erwärmung und Eutrophierung und verdeutlicht, wie Umweltstressoren die komplexe Dynamik natürlicher Nahrungsnetze in einer sich verändernden Welt beeinflussen können.
Mehr Informationen:
Ze-Yi Han et al, Temperatur und Nährstoffe treiben die öko-phänotypische Dynamik in einem mikrobiellen Nahrungsnetz an, Verfahren der Royal Society B: Biologische Wissenschaften (2023). DOI: 10.1098/rspb.2022.2263