Una instantánea de la rica diversidad vegetal de la Mata Atlántica brasileña. gui becker, CC BY-SA
Parece que cada día los científicos informan sobre las consecuencias más nefastas del cambio climático en los animales y las plantas de todo el mundo. Pájaros que son migrando más tarde en el año no puedo encontrar suficiente comida. Las plantas son floreciendo antes sus insectos polinizadores eclosionan. Las especies de presa tienen menos resistencia para escapar de los depredadores. En resumen, es probable que los cambios climáticos que afectan a un organismo desencadenen efectos en cadena que pueden perturbar la estructura y el funcionamiento de ecosistemas enteros.
Un componente de la salud animal que refleja en gran medida el medio ambiente circundante es el microbioma, el consorcio de microbios ahora conocido por ayudar en la digestión de alimentos, regulando el sistema inmunológico y protegiendo contra patógenos. Las especies de bacterias que componen el microbioma se obtienen principalmente del medio ambiente. Por lo tanto, las redes alimentarias y otras interacciones animales que influyen en las bacterias ambientales tienen el potencial de dar forma a los microbiomas de los animales.
Pero, ¿qué sucede cuando el cambio climático perturba el medio ambiente, provocando cambios en los microbiomas de los animales que impiden que los microbios realicen las funciones clave que los animales necesitan para sobrevivir y prosperar?
Soy un ecologista en el laboratorio de gui becker especializándose en investigación tropical en la intersección de las enfermedades emergentes de los anfibios y el cambio climático. Cientos de anfibios en los trópicos mundiales se enfrentan a crecientes presiones por las enfermedades y el cambio climático. Y existe una creciente evidencia de que los factores de estrés ambiental están cambiando los microbiomas de los animales, contribuyendo a los desafíos que enfrentan.
Construyendo un ecosistema
En una experimento reciente Diseñado para descubrir cómo el microbioma de los renacuajos fue influenciado por otras especies animales en el medio ambiente, mis colegas y yo estudiamos comunidades saludables de bacterias de agua dulce, crustáceos e insectos de hábitats de humedales en el Bosque Atlántico brasileño. Nos concentramos en sus actividades de alimentación: cómo filtraban el agua para obtener su alimento y descomponían el material vegetal muerto.
Es bien sabido que estas actividades de alimentación son esenciales para las funciones del ecosistema, como la descomposición. Pero descubrimos que estas redes alimentarias también tenían otro propósito: estimularon el crecimiento de especies de bacterias "buenas" en el medio ambiente, como las especies que luchan contra los microbios patógenos.
Como resultado, los renacuajos que comparten el ecosistema con estos microorganismos e invertebrados tenían microbiomas intestinales más saludables. Esto proporcionó una fuerte defensa contra los patógenos, en comparación con los renacuajos que no compartían su hábitat con diversas redes de organismos.
Nuestro último trabajo llevó esta investigación un paso más allá al probar cómo una perturbación como el calentamiento climático podría influir en estas redes tróficas que ayudan a garantizar la salud de los microbiomas de vertebrados en la naturaleza.
Mapear las interacciones de las especies en diversos ecosistemas es difícil en condiciones de campo, donde el medio ambiente es impredecible y la reproducción de experimentos para confirmar los hallazgos es un desafío.
Para abordar este problema, utilizamos plantas de la familia de las bromelias para que funcionaran como miniecosistemas para que mis colegas y yo pudiéramos estudiar los efectos de un clima cálido en las interacciones de las especies en las condiciones más controladas de un laboratorio.
Las hojas en espiral de las plantas de bromelia proporcionan un mini acuario para renacuajos, invertebrados y microorganismos. sasha greenspan, CC BY-SA
Las bromelias son ideales para el trabajo experimental en interacciones comunitarias porque son microcosmos naturales y sus pequeñas dimensiones nos permiten cultivar muchas de ellas en un espacio reducido. Nuestros sitios de estudio en las selvas tropicales de Brasil admiten densidades extremadamente altas de bromelias desde el suelo hasta el dosel, que a menudo se asemejan a un país de las maravillas del Dr. Seuss.
Para recrear ecosistemas naturales para nuestro experimento, plantamos un jardín de 60 bromelias idénticas al aire libre a la sombra de un pequeño bosque tropical en São Paulo, Brasil. Luego permitimos que las bromelias fueran colonizadas naturalmente por invertebrados y microorganismos durante tres meses. Algunas de las plantas estuvieron expuestas a temperaturas ambientales y otras se calentaron hasta seis grados por encima de la temperatura ambiente, con un sistema de calefacción exterior personalizado, para coincidir con las tendencias de cambio climático global previstas.
Cerca de allí, recolectamos nuestra especie hospedadora modelo para el experimento: renacuajos de la especie de rana arborícola Ololygon perpusilla que se reproducen solo en los mini-acuarios creados por las hojas de las bromelias.
Luego transferimos las bromelias del exterior al laboratorio, agregamos un renacuajo a la pequeña piscina de agua en el centro de cada planta y aplicamos el mismo sistema de calefacción para simular el calentamiento. Después de unas semanas, hicimos un inventario de las especies bacterianas en los intestinos de los renacuajos, así como de las especies de bacterias e invertebrados que viven en las bromelias.
Configuración del experimento con 60 bromelias y un sistema de calefacción personalizado. gui becker, CC BY-SA
Los efectos dominó del cambio climático
en este estudio, publicado en Nature Climate Change, descubrimos que los efectos del calentamiento en las redes de comunidades ecológicas, incluidas las bacterias ambientales, los gusanos, las larvas de mosquitos y otros invertebrados acuáticos, comprometieron la flora intestinal de los renacuajos, lo que provocó un crecimiento reducido, que es un indicador de la aptitud.
La salud de los microbiomas intestinales de los renacuajos se relacionó específicamente con los cambios en la comunidad de bacterias e invertebrados acuáticos que viven junto a los renacuajos dentro de las bromelias. Es decir, el calentamiento apoyó el crecimiento y la reproducción de ciertas especies de bacterias e invertebrados e inhibió otras, y estos cambios ambientales perturbaron el microbioma intestinal del renacuajo.
Las temperaturas más altas también llevaron a un desarrollo más rápido de las larvas de mosquitos que se alimentan por filtración. Nuestros resultados sugieren que las tasas más altas de alimentación por filtración también alteraron la composición de especies de bacterias en el medio ambiente de formas que perturbaron aún más el microbioma del renacuajo.
De hecho, el crecimiento de renacuajos, un indicador de la salud de la especie, se asoció más fuertemente con cambios inducidos por el calentamiento en sus microbiomas intestinales que con los efectos directos del calentamiento en el crecimiento que se esperan en animales de sangre fría como los renacuajos o los efectos del calentamiento en los recursos alimenticios de algas de los renacuajos.
Nuestro trabajo demuestra cómo el cambio climático a escala global puede afectar incluso los niveles más pequeños de organización biológica, incluidas las bacterias simbióticas que viven dentro del tracto digestivo de una especie de rana diminuta.
Mirar estos procesos dentro del contexto de toda una comunidad ecológica ayuda a ampliar nuestra perspectiva sobre la salud del microbioma bajo el cambio global.
Estudios La investigación de los efectos del calentamiento en los microbiomas de los vertebrados generalmente se enfoca en las respuestas directas a la temperatura de la flora huésped en lugar de ubicar a los huéspedes dentro de las comunidades complejas y entrelazadas donde viven en la naturaleza.
Nuestros hallazgos apoyan un creciente consenso entre los científicos de que, si bien se espera que el calentamiento climático empuje a algunos animales más allá de sus umbrales térmicos, una consecuencia mucho más omnipresente del calentamiento es que puede desencadenar un efecto dominó ecológico, alterando las interacciones de especies que los ecosistemas necesitan para funcionar correctamente.
Sobre el Autor
Sasha Greenspan, investigadora asociada, Universidad de Alabama
Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.
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