Ir o contido principal

Proxecto H2020 CLIMIFUN: Control climático e temporal da diversidade microbiana e o funcionamento dos ecosistemas: perspectivas dun novo modelo conceptual

Descrición das actividades

CLIMIFUN deu lugar ao primeiro atlas global de taxons bacterianos dominantes. Aquí, mostramos que só o 2 % dos filotipos bacterianos (~500 filotipos) representaban de forma consistente case a metade das comunidades bacterianas do solo en todo o mundo. A pesar da abrumadora diversidade de comunidades bacterianas, abundan relativamente poucos taxons bacterianos nos solos de todo o mundo. Agrupamos estes taxons dominantes en grupos ecolóxicos para construír o primeiro atlas global de taxons bacterianos do solo, publicado en Science en xaneiro (Delgado-Baquerizo et al. 2018. Ciencia 359: 320–325).

Un avance importante deste estudo é que as preferencias de hábitat non son predicibles unicamente a partir da identidade a nivel de filo, dado que todos os grupos ecolóxicos incluían filotipos de múltiples filos. Ao reducir o número de filotipos aos que se dirixirán estudos futuros de decenas de miles a uns poucos centos, o noso estudo abre o camiño para unha comprensión máis preditiva das comunidades bacterianas do solo, o cal é fundamental para predicir con precisión as consecuencias ecolóxicas do cambio ambiental global en curso. CLIMIFUN investigou os cambios na biodiversidade do solo durante o desenvolvemento do ecosistema (PNAS, 2019).

Os cambios na biodiversidade subterránea durante a pedoxénese seguiron dous patróns principais. Nos ecosistemas de menor produtividade (máis secos e fríos), os aumentos na biodiversidade subterránea seguiron aos aumentos na cuberta vexetal. Nos ecosistemas máis produtivos (máis húmidos e cálidos), o aumento da acidificación durante a pedoxénese asociouse cunha diminución da biodiversidade subterránea. Os cambios na diversidade de bacterias, fungos, protistas e invertebrados coa pedoxénese estiveron forte e positivamente correlacionados a nivel mundial, o que destaca que a biodiversidade subterránea comparte impulsores ecolóxicos similares a medida que se desenvolven os solos e os ecosistemas. Conxuntamente, os nosos achados proporcionan evidencia de que os patróns ecolóxicos na biodiversidade subterránea son predicibles nos principais tipos de ecosistemas distribuídos a nivel mundial e suxiren que os cambios na cuberta vexetal e a acidificación do solo durante o desenvolvemento dos ecosistemas están asociados con cambios na biodiversidade subterránea durante séculos ou milenios. CLIMIFUN tamén proporcionou a primeira avaliación global dos factores ambientais que controlan o efecto de cebado (Nature Communications, 2019). O noso traballo mostrou que a magnitude do aparente efecto de cebado positivo (maior liberación de CO2 a través da renovación acelerada da biomasa microbiana) estaba asociada negativamente co contido de SOC e as taxas de respiración microbiana.

O noso modelo estatístico suxire que os efectos de cebado aparentes tenden a ser negativos en sitios máis mésicos asociados con contidos máis altos de SOC. En contraste, unha única entrada de C lábil causa efectos de cebado aparentes positivos en lugares máis áridos con baixos contidos de SOC. Os nosos resultados proporcionan unha forte evidencia de que o contido de SOC xoga un papel fundamental na regulación dos efectos de cebado aparentes, con importantes implicacións para mellorar os modelos de ciclos de C en escenarios de cambio global. CLIMIFUN tamén investigou a importancia das comunidades microbianas como preditores da resiliencia multifuncional (ciclos de C, N e P) ao cambio climático e á fertilización con N. Este traballo publicouse en Ecology Letters en setembro de 2017 (Delgado-Baquerizo et al. 2017. Ecology Letters 20: 1295–1305).

Obxectivos

A pesar da importancia das comunidades microbianas do solo para o funcionamento dos ecosistemas e o benestar humano, sábese pouco sobre os mecanismos que controlan a composición e a diversidade destas comunidades, e o papel dos seus atributos na prestación de múltiples funcións e servizos dos ecosistemas, como o ciclo e a descomposición de nutrientes (é dicir, a multifuncionalidade).

Numerosos estudos identificaron o clima, a fase de desenvolvemento dos ecosistemas e as características do solo como os principais factores que impulsan a diversidade vexetal e animal. Non obstante, sábese moito menos sobre os efectos interactivos do clima, as propiedades do solo e o tempo no control da diversidade e a multifuncionalidade microbianas durante a sucesión dos ecosistemas. Esta falta de coñecemento dificulta a nosa capacidade para predicir os cambios nas comunidades microbianas e as súas consecuencias para o funcionamento dos ecosistemas baixo o cambio climático, e limita a inclusión dos microbios do solo nos modelos bioxeoquímicos globais.

O obxectivo principal da investigación desta acción é afondar nos patróns e mecanismos que impulsan a diversidade e a multifuncionalidade microbiana do solo en ambientes cambiantes. Empregaremos un novo marco conceptual que combina cronosecuencias a longo prazo, experimentos sobre o cambio climático e modelización de ecuacións estruturais para avaliar cuantitativamente o papel do tempo, o clima e os múltiples impulsores do solo no control da diversidade e a multifuncionalidade microbianas.

A investigación descrita nesta proposta inclúe unha serie de métodos bioquímicos, moleculares e xenómicos de vangarda para analizar as comunidades microbianas e a súa multifuncionalidade, garantindo a máxima utilidade e impacto dos nosos resultados. Conxuntamente, CLIMIFUN revelará os factores que controlan a diversidade microbiana do solo e as múltiples funcións relacionadas coa produción vexetal e o ciclo de nutrientes nun ambiente cambiante. Polo tanto, este traballo abordará unha lagoa de coñecemento clave para apoiar a crecente demanda global de alimentos e fibra nas próximas décadas e constitúe unha prioridade de investigación para H2020.

Resultados

Moitos estudos identificaron o clima, a fase de desenvolvemento dos ecosistemas e as características do solo como os principais factores que impulsan a diversidade vexetal e animal. Non obstante, sábese moito menos sobre os efectos interactivos do clima, as propiedades do solo e o tempo no control da diversidade e a multifuncionalidade microbianas durante a sucesión dos ecosistemas. Esta falta de coñecemento científico dificulta a capacidade dos científicos para predicir os cambios nas comunidades microbianas e as súas consecuencias para o funcionamento dos ecosistemas baixo o cambio climático. Tamén limita a inclusión dos microbios do solo nos modelos bioxeoquímicos globais.

O proxecto CLIMIFUN abordou esta lagoa de coñecemento investigando os patróns e mecanismos globais que impulsan a diversidade microbiana do solo e os procesos dos ecosistemas en contornas cambiantes. «Mediante a realización de experimentos e estudos de campo globais, aumentamos a nosa comprensión dos principais patróns e mecanismos globais nos biomas globais e durante a formación do solo», afirma Manuel Delgado-Baquerizo, investigador Marie Skłodowska-Curie. Un esforzo internacional. Científicos de máis de 30 institucións realizaron unha enquisa global, recompilando datos de campo de nove países e seis continentes. «O maior reto foi desenvolver protocolos estandarizados para estudos de vexetación e contornas diversas, como ecosistemas áridos e bosques tropicais, que fosen fáciles de seguir por todo tipo de investigadores, desde ecólogos de campo ata biólogos moleculares», explica Delgado-Baquerizo. Os resultados innovadores revelaron o destino da biodiversidade do solo ao longo de millóns de anos de desenvolvemento dos ecosistemas e apoiaron o Primeiro Atlas Global da Biodiversidade do Solo (ábrese nunha nova xanela). «Dado que o papel do tempo no control da distribución dos organismos do solo segue sendo en gran parte inexplorado, especialmente a escala global, CLIMIFUN constitúe un estudo pioneiro neste eido», afirma Delgado-Baquerizo.

O proxecto tamén achega novas evidencias de que a biodiversidade do solo controla as respostas das funcións dos ecosistemas aos impulsores do cambio global (ábrese nunha nova xanela). Ademais, identificou, por primeira vez, o papel dos climas pasados no control da distribución da biodiversidade do solo a escala global (ábrese nunha nova xanela). Ademais, CLIMIFUN identificou aqueles lugares da Terra onde se espera atopar e caracterizar taxons descoñecidos nos próximos anos. CLIMIFUN proporciona información vital sobre a historia natural da biodiversidade das bacterias, fungos, protistas e invertebrados do solo nos ecosistemas terrestres dos principais biomas do mundo. Segundo Delgado-Baquerizo: "O noso traballo demostrou que, a medida que o solo se desenvolve, os cambios na biodiversidade do solo están impulsados por cambios na cuberta vexetal e a acidificación ao longo de milenios". A iniciativa tamén proporcionou información fundamental sobre o papel da biodiversidade do solo no apoio ao funcionamento dos ecosistemas, desde a fertilidade ata a produción vexetal, e na impulsión das respostas das funcións dos ecosistemas ao cambio global. Tamén cuantificou a importancia da memoria ecolóxica no control das funcións dos ecosistemas e a biodiversidade do solo a nivel mundial.

O coñecemento derivado de CLIMIFUN beneficiará a científicos, conservacionistas, xestores de terras, profesores e responsables políticos. «O atlas mundial, por exemplo, proporciona información básica para ensinar a distribución global dos organismos do solo, como se leva facendo coas plantas durante décadas. Tamén inclúe información sobre lugares que deben protexerse para manter a biodiversidade do solo en todo o mundo. Ademais, expón novos desafíos e liñas de investigación importantes para os investigadores que buscan identificar os taxons dominantes nos solos de todo o mundo», conclúe Delgado-Baquerizo.

Coordinadores
  • UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS
Colaboradores
  • REGENTS OF THE UNIVERSITY OF COLORADO