Samhällen bestående av högt specialiserade mikrober mer känsliga för klimatförändringar

Mikroorganismer - bakterier, svampar och arkéer - förekommer i jordens alla ekosystem och spelar avgörande roller för en lång rad ekologiska funktioner. Bakterier är centrala för de flesta biokemiska kretslopp i både mark och vatten och är även djupt involverade i processer som huvudsakligen drivs av svampar, som mykorrhizasamarbeten och nedbrytning av växter. Arkéer är bland annat aktivt involverade i kvävekretsloppet, och de enda kända organismer kapabla att bilda metan. Trots att de finns överallt, varierar mikroorganismernas samhällssammansättning kraftigt mellan ekosystem. Exempelvis är metanbildande arkéer som Methanosarcinales betydligt vanligare i bottensediment i insjöar än på torra land, medan bakterier som Actinobacteria har återfunnits nästan var man än letar. Methanosarcinales är i det hänseendet en specialist, som huvudsakligen lever i endast en biotop, medan Actinobacteria snarare är generalister och anpassade till att kunna leva i en rad olika miljöer.

De flesta studier som hittills gjorts på sådana mikrobsamhällen har nöjt sig med att studera en enskild biotop eller ekosystem åt gången, utan att beakta hur detta interagerar med samhällen i angränsande ekosystem, eller vilken mån arter kan vandra mellan dem. Detta är dock potentiellt värdefull kunskap, inte minst i ljuset av pågående klimatförändringar. Eftersom dessa kommer att ha olika inverkan på olika biotoper, behövs en helhetsbild av det mikrobiella metasamhället för att bättre förstå hur en förändring i en enskild biotop också får effekter för mikrobsamhällen i närliggande biotoper, eller hur effekterna varierar när de drabbar anpassningsbara samhällen jämfört med mer känsliga. Om detta handlar en ny studie från institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi vid Sveriges lantbruksuniversitet.

Gradient från skog till sjöbotten

Professor Sara Hallin är en av artikelns författare. "I studien har vi använt en gradient av biotoper vid sjön Erken i Uppland; från en barrskogsjord via sjöstranden till sjön och dess botten", säger Sara. "Syftet med studien var att undersöka hur mikrobsamhället skiljer sig mellan dessa biotoper, och i vilken mån de utgörs av universella generalister eller extremt anpassade specialister."

Forskarna använde sig av DNA-analys för att studera mikrobsamhället i jord- och vattenprover i dessa biotoper; barrskog, torr kulle, översvämmad mark, jordbruksmark, strand, samt vatten- och bottenprover från sjön nära land respektive långt från land. Med statistiska metoder kunde de sedan gruppera biotoperna efter likheter i sammansättning av mikrobsamhället.

"Vi kunde se två huvudgrupper", säger Sara Hallin, "nämligen å ena sidan samhällen i barrskogsjord och i den torra kullen, och å andra sidan i alla andra biotoper. Eftersom dessa två biotoper är de torraste i undersökningen är likheterna mellan dem inte överraskande. Den större gruppen kunde i sin tur delas i två; å ena sidan översvämmad mark och jordbruksmark, och å andra sidan strand- och sjöprover.  Strandens direkta kontakt med vattnet möjliggör för arter att vandra mellan dessa biotoper. En sådan ”brygga” är också orsaken till att vi kunde se att samhället i vattenprover närmast bottnen var mer lika de i bottensediment än de i de övre vattenskikten."

Hög andel känsliga specialister

Det visade sig att andelen specialister, som endast förekom i en biotop, vida översteg andelen generalister. Bland alla mikroorganismer som påträffades, var det endast sex svamparter som förekom i samtliga undersökta biotoper, även om ett större antal endast saknades i ett fåtal lokaler.

"För att vara en framgångsrik generalist behöver en art vissa egenskaper; förmåga till snabb spridning, stark konkurrenskraft gentemot andra arter, stor förmåga till anpassning och litet resursbehov är exempel på sådana", säger Sara Hallin. "Specialister, som utgör lejonparten av alla mikroorganismer längs vår undersökta gradient, är visserligen de bäst anpassade till sina respektive optimala habitat, men samtidigt betydligt känsligare för förändringar än generalisterna. Klimatförändringar riskerar därför att slå hårt mot specialiserade mikroorganismer. Detta gäller inte minst arkéerna, som huvudsakligen påträffades som specialister i bottensediment långt ute i sjön."

Professor Jan Stenlid är en annan av studiens författare. "Sammanfattningsvis ser vi att längs vår gradient är det huvudsakligen biotopen som avgör mikrosamhällets sammansättning, eftersom vi noterat mycket större skillnader mellan biotoper än inom dem. Detta gör att förändringskänsliga specialister vida dominerar över anpassningsbara generalister. I en miljö liknande den vi undersökt är alltså det mikrobiella samhället potentiellt sårbart för klimatförändringar. Men ser vi också att områden som underlättar kommunikation mellan biotoper, som en strand eller zonen mellan bottensediment och sjövatten, sannolikt är betydelsefullt för mikrobernas förmåga att spridas mellan biotoperna."