Studier av relationerna mellan mikrober och de organismer de lever av avslöjar hur växter och djur kan anpassa sig till klimatförändringar.

Med världen som står inför en global uppvärmning någonstans mellan 1 och 5,5 grader Celsius, organismer som har utvecklats för att frodas i specifika miljöer behöver anpassa sig eller så kan de kämpa för att överleva. Våra hav är ett sådant ekosystem som står inför en sådan situation.

"När koldioxidkoncentrationerna i atmosfären stiger, associerad havsuppvärmning och havsförsurning förutsägs, " sa Dr. Oriol Sacristán-Soriano från Institutionen för marin ekologi vid Center for Advanced Studies of Blanes i Spanien.

Detta beror på att samhället för närvarande släpper ut för mycket koldioxid än vad som säkert kan tas upp av havet. Den därav följande störningen av vattnets surhetsnivåer, tillsammans med ökningen av globala havstemperaturer, håller nu på att omvandla marina ekosystem.

Korallrev, till exempel, kämpar med temperaturförändringar, vilket orsakar massblekning där deras exoskelett blir spröda. De är inte den enda organismen i riskzonen inom detta ekologiska samhälle.

"(Marina) svampar har visat sig påverkas av klimatförändringar, " sa Dr. Sacristán-Soriano. "Onormalt förhöjda havsvattentemperaturer kan orsaka förändringar i svampens mikrobiella samhälle, förändringar i fysiologiska processer som pumphastigheter och matningsbeteende, eller en minskning av överlevnaden."

Mikrobiell gemenskap

Denna mikrobiella gemenskap är inte bara nödvändig för god svamphälsa, men också allmän näringscykel som hjälper till att upprätthålla en balanserad miljö för annat liv i korallrevet.

Detta är särskilt viktigt med miljöhot som blekning. Om det mikrobiella samhället kunde acklimatisera sig eller anpassa sig till miljöförändringar, sådana hot kan minskas, och ekosystemet skulle bli mer motståndskraftigt.

"Alla svampar har associerade mikrobiella organismer som lever i deras vävnader som bakterier, archaea, eller svampar, " sa Dr. Sacristán-Soriano.

Men vissa svampmikrober frodas under klimatförändringarna och kan hålla hemligheter för att hjälpa sina värdar – och deras marina ekosystem – att anpassa sig bättre. En sådan mikroorganism är Symbiodinium vilket är en typ av alger som lever inom en grupp svampar som kallas tråksvampar – uppkallade efter deras egenskap att gräva hål i hårda kalcium- eller kalkytor, såsom koraller eller blötdjursskal.

"Denna alg verkar förbättra erodering (grävning) och tillväxthastigheter för svampen genom deras fotosyntetiska aktivitet, " sa Dr Sacristán-Soriano, som är huvudutredare för SCOOBA-projektet som studerar symbiosen mellan mikrober och tråkiga svampar.

Han undersöker hur havets förändrade temperatur och surhetsnivåer utlöser förändringar i detta symbiotiska förhållande, som kan avslöja hur mikroorganismer, och därför svampen, anpassar sig till den förändrade marina miljön.

”Förutom att ge insikt i hur både bakterier och Symbiodinium partner beter sig under sådana stressade förhållanden, vi kommer att bidra till effekten av klimatförändringar på svampens bioerosion (hur den gräver sig in i havsytor) på genetisk nivå för första gången, " sa Dr. Sacristán-Soriano.

Detta kommer att ge en inblick i hur vissa organismer i naturen anpassar sig till klimatförändringar. Ju mer forskare lär sig om vinnarna och förlorarna, desto större chans att miljöforskning och miljöpolitik kan styras i en mer motståndskraftig riktning.

Evolution

Eftersom vår planets historia är fylld av klimatförändringar, vissa forskare vänder sig till det förflutna för att bättre förstå varför vissa arter trivs och andra inte.

Enligt Dr. Brecht Verstraete, en biolog vid Naturhistoriska museet i Oslo i Norge, "evolution är kopplad till miljön" och de symbiotiska förhållandena mellan bakterier i växter kan avslöja hur vissa arter anpassade sig till klimatförändringar.

"Växter som interagerar med bakterier utvecklas snabbare, vilket innebär att de har mer variation och potential för anpassning, " han sa.

Dr. Verstraete var huvudforskaren i SYMBIOSIS-projektet som syftade till att förstå hur förhållandet mellan kaffeväxter och bakterier i dess blad utvecklades. Han undersökte kaffeväxternas DNA och spårade ursprunget till symbiosen till Afrika för 11 miljoner år sedan när det inträffade en global avkylningshändelse. Vid den tiden, en regnskog täckte nästan hela kontinenten, men när klimatet blev torrare ersattes det långsamt av dagens gräsmarksekosystem.

"Organismer som lever under den omständigheten behövde förändras och anpassa sig till denna nya situation, " sa Dr. Verstraete. "De 100 växterna i kaffefamiljen (jag studerade) anpassade sig genom att starta denna symbios med bakterier för att klara sig."

Dr Verstraete säger att den nuvarande hypotesen om varför denna symbios utvecklades är att bakterierna hjälpte växterna att utveckla kemikalier som skyddade sig mot ett ökande antal växtätare som nu frodas i de nya afrikanska gräsmarkerna.

Projektet fann också att varje växt hade ett unikt förhållande till bakterierna, vilket betyder att de behövde varandra för att överleva. Det skulle betyda om en annan förändring av klimatet skulle inträffa, båda parter måste anpassa sig tillsammans.

Enligt Dr. Verstraete, det finns inte tillräckligt fokus på att undersöka hur växter interagerar med andra organismer i deras ekosystem – forskningen är alltför koncentrerad på klimatförändringarnas inverkan på olika regioner eller individuell växtförbättring. Han hoppas att resultaten från SYMBIOSIS kommer att hjälpa till att flytta anpassningsdiskussionen till ett mer holistiskt synsätt.

"Växter lever i en viss miljö med andra organismer i ett komplext ekosystem, " sa han. "När du tittar på mildrande förändringar, du ska inte bara titta på den enskilda växten utan inkludera allt runt omkring."