Informasi
Keragaman Jamur-bakteri dan Kompleksitas Mikrobioma Memprediksi Fungsi Ekosistem

Keragaman Jamur-bakteri dan Kompleksitas Mikrobioma Memprediksi Fungsi Ekosistem

Keragaman Jamur-bakteri dan Kompleksitas Mikrobioma Memprediksi Fungsi Ekosistem – Mikrobioma tanah sangat beragam dan terdiri dari seperempat keanekaragaman Bumi. Namun, bagaimana mikrobioma yang beragam dan kompleks secara fungsional memengaruhi fungsi ekosistem masih belum jelas.

Keragaman Jamur-bakteri dan Kompleksitas Mikrobioma Memprediksi Fungsi Ekosistem

hospitalmicrobiome  – Di sini kami memanipulasi mikrobioma tanah di ekosistem padang rumput eksperimental dan mengamati bahwa keragaman mikrobioma dan kompleksitas jaringan mikroba secara positif memengaruhi berbagai fungsi ekosistem yang terkait dengan siklus nutrisi (misalnya multifungsi).

Baca Juga : Penelitian Mikroorganisme dalam Pengendalian Hama Biologis

Mikrokosmos padang rumput dengan jaringan mikroba yang kurang berkembang dan kekayaan mikroba yang berkurang memiliki multifungsi terendah karena hadirnya taksa yang lebih sedikit yang mendukung fungsi yang sama (redundansi) dan keragaman taksa yang lebih rendah yang mendukung fungsi yang berbeda (keunikan fungsional yang berkurang). Lebih-lebih lagi, taksa mikroba yang berbeda menjelaskan fungsi ekosistem yang berbeda yang menunjukkan pentingnya keragaman fungsional dalam komunitas mikroba.

Temuan ini menunjukkan pentingnya interaksi mikroba di dalam dan di antara komunitas jamur dan bakteri untuk meningkatkan kinerja ekosistem dan menunjukkan bahwa kepunahan asosiasi ekologi kompleks di bawah tanah dapat mengganggu fungsi ekosistem.

Mikroba adalah mayoritas yang tak terlihat di Bumi dan terdiri dari sebagian besar keragaman genetik kehidupan . Banyak mikroorganisme yang berasosiasi dengan manusia, hewan, serangga, tumbuhan, dan tanah di seluruh dunia. Di masing-masing bioma ini, mikroba biasanya membentuk komunitas yang sangat beragam dan kompleks yang secara kolektif berfungsi sebagai mikrobioma.

Studi sebelumnya berfokus pada deskripsi komunitas mikroba ini, tetapi saat ini ada banyak minat untuk menghubungkan komposisi dan keragaman mikrobioma dengan fungsi. Hal ini tidak mengherankan karena diketahui bahwa mikroba mempengaruhi semua organisme hidup dan memainkan peran sentral dalam banyak siklus biogeokimia di bumi, mendorong siklus karbon dan nutrisi global dengan efek umpan balik langsung pada fungsi ekosistem dan produktivitas .

Eksperimen yang dilakukan di mikrokosmos dan pada skala pengamatan global mengungkapkan bahwa keragaman mikroba terkait dengan fungsi ekosistem, yang menyiratkan bahwa komunitas dengan kekayaan mikroba yang lebih tinggi berkinerja lebih baik. Keragaman mikroba yang sangat tinggi pada skala spasial kecil telah menyebabkan hipotesis bahwa mikrobioma yang sangat beragam ini secara fungsional berlebihan.

Namun, redundansi fungsional adalah fitur penting keanekaragaman hayati karena keanekaragaman yang lebih besar memberikan kemungkinan yang lebih besar bahwa beberapa spesies hadir yang dapat melakukan fungsi di bawah kondisi yang bervariasi secara temporal dan spasial dan berfungsi sebagai penyangga terhadap taksa yang hilang sehingga fungsi ekosistem dipertahankan . Selain itu, meskipun keragaman mikroba tanah yang begitu luas mungkin tampak berlebihan secara fungsional, mikroba terlibat dalam banyak fungsi secara bersamaan dan dengan demikian redundansi fungsional cenderung memudar karena lebih banyak fungsi dipertimbangkan, seperti yang telah ditunjukkan untuk hubungan kekayaan- multifungsi tanaman.

Untuk memahami bagaimana perubahan keanekaragaman hayati tanah mempengaruhi fungsi ekosistem, oleh karena itu penting untuk mempertimbangkan tidak hanya apakah jumlah total taksa yang ada berhubungan dengan suatu fungsi, tetapi bagaimana pengurangan jumlah spesies yang mendukung satu fungsi berhubungan dengan hilangnya beberapa fungsi. berfungsi secara bersamaan.

Yang penting pengaruh spesies individu pada fungsi ekosistem tidak terlepas dari spesies lain yang ada dan merupakan hasil dari berbagai asosiasi positif dan negatif, langsung dan tidak langsung di antara spesies yang berbeda yang secara keseluruhan mendorong fungsi ekosistem. Misalnya, komunitas mikroba tidak hanya dicirikan oleh jumlah dan komposisi taksa, tetapi juga oleh asosiasi ekologis di antara anggota mikrobioma. Dalam beberapa tahun terakhir, analisis kemunculan bersama mikroba telah menjelaskan kompleksitas mikrobioma dan hubungan timbal balik di antara anggota masyarakat . Studi yang muncul telah mengungkapkan bahwa mikrobioma terstruktur, dan membentuk jaringan mikroba kompleks yang saling berhubungan, di mana mikroba saling berhubungan secara langsung atau tidak langsung melalui proses, seperti kompetisi, fasilitasi, dan penghambatan.

Kompleksitas jaringan mikroba ini dan hubungannya dengan fungsi tidak selalu ditentukan oleh jumlah taksa dalam komunitas, melainkan oleh jumlah asosiasi yang dimiliki taksa di antara mereka . Perbatasan berikutnya sekarang adalah menguji secara empiris apakah perubahan dalam kompleksitas mikrobioma, seperti yang ditunjukkan oleh keragaman dan interkonektivitas di antara mikroba yang terjadi bersamaan, penting untuk cara komunitas mikroba memengaruhi fungsi ekosistem.

Dengan memisahkan organisme tanah menurut ukurannya, menggunakan filter dengan ukuran mata jaring yang semakin kecil, kami sebelumnya telah menunjukkan bahwa hilangnya keanekaragaman hayati tanah mengakibatkan berkurangnya keanekaragaman tanaman, produktivitas, retensi nutrisi, dan alokasi karbon di bawah tanah menggunakan mikrokosmos padang rumput mandiri yang membatasi kontaminasi eksternal.

Namun, peran keragaman mikrobioma, redundansi fungsional, dan kompleksitas jaringan di dalam dan di antara komunitas bakteri dan jamur dalam mengatur kinerja ekosistem belum dinilai sepanjang gradien keanekaragaman hayati tanah tersebut. Jadi, kami memanfaatkan sistem model ini dengan gradien yang kuat dalam keanekaragaman hayati tanah di sini untuk menilai lebih lanjut fitur yang berbeda dari keanekaragaman mikroba tanah dan hubungannya dengan fungsi tanah yang diketahui dimediasi oleh mikroba tanah, dan itu mencerminkan efisiensi siklus nutrisi, di sini disebut multifungsi tanah. Kami menggunakan tanah yang dikumpulkan dari mikrokosmos ini dan menggunakan pengurutan generasi berikutnya untuk mengkarakterisasi mikrobioma tanah jamur dan bakteri (lihat bagian “Metode”).

Meskipun alat pengurutan generasi berikutnya telah memungkinkan kami untuk menangkap keragaman besar mikroba tanah, banyak taksa yang terdeteksi mungkin tidak memainkan peran penting dalam fungsi ekosistem yang diinginkan, sehingga menghasilkan ‘kebisingan’ yang dapat mengaburkan hubungan keragaman-fungsi yang direalisasikan.

Hal ini berbeda dengan hubungan keragaman-produktivitas tanaman klasik di mana setiap tanaman yang ada secara inheren memberikan kontribusi biomassa terhadap produktivitas ekosistem bersih.

Jadi, kami menggunakan seleksi fitur, alat statistik, untuk mengidentifikasi taksa yang berkontribusi untuk memprediksi kinerja setiap fungsi ekosistem yang dipertimbangkan. Ini memberi kami identitas taksa jamur dan bakteri yang mendukung suatu fungsi (langsung atau tidak langsung), sehingga menghilangkan ‘gangguan’ tersebut dalam menilai hubungan keragaman-fungsi.

Asosiasi taksa mikroba dengan fungsi kemudian memungkinkan kami untuk menilai lebih lanjut efek keragaman mikrobioma yang lebih besar pada peningkatan redundansi taksa yang mendukung fungsi umum, di mana redundansi yang lebih besar berarti ada lebih banyak taksa yang mendukung fungsi yang sama.

Kami juga menghitung keragaman fungsional dalam komunitas mikroba menggunakan indeks keunikan fungsional, yang merupakan produk dari entropi kuadrat Raos dan indeks Simpsons terbalik dan merangkum keragaman dalam kelimpahan relatif di antara mikroba yang mendukung fungsi yang berbeda 34 .

Di sini kami berhipotesis bahwa kekayaan mikrobioma dan kompleksitas jaringan mikroba mendorong multifungsi ekosistem, bahwa jika fungsi ekosistem tertentu bukan merupakan hasil dari kehadiran takson tunggal, maka kehadiran taksa lebih banyak yang berkontribusi positif, secara langsung atau tidak langsung, pada proses mendasar yang mendorong respons dalam suatu fungsi harus mengarah pada redundansi positif– hubungan fungsi. Pada saat yang sama, jika kekayaan mikroba yang lebih besar meningkatkan multifungsi ekosistem maka akan dihipotesiskan bahwa ini karena kekayaan yang lebih besar memberikan keragaman taksa yang lebih besar yang mendukung berbagai fungsi yang menghasilkan keunikan fungsional-fungsional hubungan multifungsi yang positif.

Kami menilai kompleksitas mikrobioma dengan terlebih dahulu menghasilkan matriks meta-asosiasi termasuk semua taksa jamur dan bakteri dari semua mikrokosmos. Dari sini, sub-jaringan berdasarkan taksa yang ada dalam mikrokosmos spesifik digunakan untuk menghasilkan indeks kompleksitas mikrobioma tanah (kepadatan hubungan) antara taksa jamur dan bakteri.

Karya ini menunjukkan bahwa jaringan mikroba yang lebih kompleks berkontribusi lebih banyak untuk meningkatkan multifungsi fungsi ekosistem daripada jaringan yang lebih sederhana atau dengan keragaman rendah. Selain itu, mikroba yang berbeda mendukung fungsi yang berbeda yang menunjukkan pentingnya keragaman fungsional dalam komunitas mikroba.