Comunidades Microbianas del Suelo: Relaciones Biodiversidad-Área

Como ya hemos comentado en numerosos post incluidos en las categorías “diversidad, complejidad y fractales” y “Biología y Ecología del Suelo”, la biodiversidad de los organismos edáficos se encuentra paupérrimamente estudiada. Si esto es ciento para la microfauna, mesofauna y macrofauna del suelo, lo es más aun en el caso de la microbiana. La razones técnicas (al margen del desinterés de nuestras autoridades) son de diversa índole, entre las que caben destacar: la imposibilidad cultivar in vitro todos los grupos taxonómicos presentes, así como la de aplicar el concepto de especie a los procariotas, dado la intensa transferencia horizontal de parte de sus genomas. Sin embargo, entender la ecología microbiana del suelo es esencial, por cuanto su rol es crucial en el reciclado de nutrientes, ciclos biogeoquímicos, etc. Sin estos minúsculos organismos vivos colapsaría toda la biosfera, e incluso no sobrevivirían una buena parte de los organismos de mayor tamaño a nivel individual. En consecuencia, las relaciones biodiversidad-área o SPARS, jamás fueron analizadas. Sin embargo en 2004, la Revista Nature publicó dos artículos que versaban sobre el tema del encabezamiento de este post. El primero de ellos abordaba el estudio de las biocenosis microbianas procariotas de sedimentos de marismas salinas, mientras el segundo trataba de analizar las eucariotas de los suelos desérticos de Australia. Como ya apuntamos en el último enlace, una de las leyes más respetadas de la ecología consiste en que el número de especies incrementa conforme lo hace el área de acuerdo a una ley potencial. Obviamente los autores no analizaron la diversidad taxonómica, sino que hicieron uso de técnicas moleculares. En cualquier caso, cabe señalar que en los dos artículos se llegaba a las mismas conclusiones: el macrocosmos ecológico y el microcosmos eco-edáfico seguían las mismas leyes, es decir sus SPAR se ajustaban a leyes de escala o potenciales. En consecuencia estas últimas parecen ser universales en el mundo vivo, pero también en estructuras abióticas como los edafotaxa (ver Categoría “Diversidad, Complejidad y Fractales”). Veamos que conclusiones adicionales podemos extraer de ambas investigaciones. 

    

Comunidades Microbianas del Suelo. Foto izquierda biocenosis entera. La foto derecha

 muestra los microorganismos productores de metano de la anterior. Fluorescence in situ

 hybridisation with rRNA-targeted oligonucleotide probes allows a selective visualisation

 of bacterial cells of different phylogenetic groups

 Más información sobre Las relaciones biodiversidad área para bacterias y hongos microscópicos podéis encontrarla en este enlace.

 

La mayoría de los ecólogos pensaban que las SPAR no debían cumplirse en el microcosmos. A la hora de sostener esta hipótesis argumentaban que, debido a la enorme abundancia de microorganismos (y su empaquetamiento en espacios diminutos en suelos y sedimentos), así como a la mencionada transferencia horizontal de genes, lo más probable sería que su distribución fuera aleatoria. Como hemos visto, se ha demostrado que no es así. Dudar siempre que escuchéis o leáis a alguien que substraiga a lo pequeño la esencia de lo conspicuo, sin haber realizado antes los pertinentes estudios. Lo mismo ocurre con el mundo inerte que debía ser azaroso de acuerdo a muchos investigadores, pero no o es. Recordemos que numerosos cálculos realizados hasta la fecha por los expertos sugieren que los microorganismos atesoran mayor diversidad y biomasa que la vida conspicua. Reiteramos que sin conocer sus estructuras y procesos espacio-temporales, jamás llegaremos a entender la biosfera.

 

 

 

Relaciones biodiversidad-área encontrara en uno de

los trabajos y su comparación con la detectada en plantas

 

A día de hoy, muchos biogeógrafos apuntan que los mecanismos subyacentes a esta ley eran meramente biológicos (migraciones, extinciones, etc.). Difícilmente pueden aplicarse tales argumentos (la denominaba Teoría de la Biogeografía Insular de la que ya hablamos en la Categoría previamente enlazada) al mundo de los “bichitos del suelo”. Tras demostrar que con entidades abióticas como los pedotaxa ocurría lo mismo, este impresentable administrador lleva años sosteniendo que la causación estriba en la heterogeneidad del hábitat: cuanta más área analizamos, tantos más habitats distintos detectaremos en la misma, conteniendo cada uno de ellos comunidades diferentes. Pues bien, los estudios realizados con microorganismos corroboran, una vez más nuestra hipótesis. Más aun los autores de uno de los susodichos artículos afirman: Our data firmly establishes that like plants and animals, microbes are not randomly distributed but rather exhibit spatially predictable, aggregated patterns at multiple spatial scales.”. Traduciendo “libremente” del suahili: Que no hay razón para diferenciar el microcosmos del macrocosmos ecológico, así como que la ley diversidad-área se muestra de forma predecible a diversas escalas espaciales. Topamos de nuevo con claros síntomas de fractalidad. En cualquier caso si cabe mencionar que los valores obtenidos constatan que el exponente de la ley potencial es bastante bajo. En otras palabras, que el incremento del número de “entes microbianos” aumenta con el área de forma más lenta a como lo hacen los organismos conspicuos. No obstante, no debe olvidarse que ellos hablan de diversidad genética de algunos tramos del genoma y no de especies, por lo que los datos no son directamente comparables, tan solo orientativos.  Del mismo modo os recuerdo que la estimación del área en suelos es un problema malamente resuelto (pinchar aquí y aquí) y que los autores de estos papers tampoco han tenido en cuenta.

 

 

 

Valores de os exponentes de la ley potencial

para diversos grupos taxonómicos: Fuente Nature

 

Seguidamente os dejo con los resúmenes de ambos trabajos. Como la revista Nature permite que los abstracts sean de libre acceso, no creo que se molesten.  

 

 

 

Diversidad-área para hongos microbianos en suelos

de Australia: Fuente Nature

Letters to Nature

Nature 432, 747-750 (9 December 2004) | doi:10.1038/nature03034; Received 10 August 2004; Accepted 14 September 2004

Spatial scaling of microbial eukaryote diversity

Jessica L. Green1,4, Andrew J. Holmes2, Mark Westoby1, Ian Oliver3, David Briscoe1, Mark Dangerfield1, Michael Gillings1 and Andrew J. Beattie1

1.         Key Centre for Biodiversity and Bioresources, Department of Biological Sciences, Macquarie University, New South Wales 2109, Australia

2.         School of Molecular and Microbial Biosciences, The University of Sydney, New South Wales 2006, Australia

3.         New South Wales Department of Infrastructure, Planning and Natural Resources, P.O. Box U245, University of New England, Armidale, New South Wales 2351, Australia

4.         Present address: School of Natural Sciences, University of California, Merced, P.O. Box 2039, Merced, California 95344, USA

Patterns in the spatial distribution of organisms provide important information about mechanisms that regulate the diversity of life and the complexity of ecosystems1, 2. Although microorganisms may comprise much of the Earth’s biodiversity3, 4 and have critical roles in biogeochemistry and ecosystem functioning5, 6, 7, little is known about their spatial diversification. Here we present quantitative estimates of microbial community turnover at local and regional scales using the largest spatially explicit microbial diversity data set available (> 106 sample pairs). Turnover rates were small across large geographical distances, of similar magnitude when measured within distinct habitats, and did not increase going from one vegetation type to another. The taxa–area relationship of these terrestrial microbial eukaryotes was relatively flat (slope z = 0.074) and consistent with those reported in aquatic habitats8, 9. This suggests that despite high local diversity, microorganisms may have only moderate regional diversity. We show how turnover patterns can be used to project taxa–area relationships up to whole continents. Taxa dissimilarities across continents and between them would strengthen these projections. Such data do not yet exist, but would be feasible to collect.

Letters to Nature

Nature 432, 750-753 (9 December 2004) | doi:10.1038/nature03073; Received 10 August 2004; Accepted 29 September 2004

A taxa–area relationship for bacteria

M. Claire Horner-Devine1,3, Melissa Lage2,3, Jennifer B. Hughes2 and Brendan J. M. Bohannan1

1.         Department of Biological Sciences, Stanford University, Stanford, California 94305, USA

2.         Department of Ecology and Evolutionary Biology, Brown University, Providence, Rhode Island 02912, USA

3.         These authors contributed equally to this work

A positive power-law relationship between the number of species in an area and the size of that area has been observed repeatedly in plant and animal communities1. This species–area relationship, thought to be one of the few laws in ecology2, is fundamental to our understanding of the distribution of global biodiversity. However, such a relationship has not been reported for bacteria, and little is known regarding the spatial distribution of bacteria, relative to what is known of plants and animals3. Here we describe a taxa–area relationship for bacteria over a scale of centimetres to hundreds of metres in salt marsh sediments. We found that bacterial communities located close together were more similar in composition than communities located farther apart, and we used the decay of community similarity with distance to show that bacteria can exhibit a taxa–area relationship. This relationship was driven primarily by environmental heterogeneity rather than geographic distance or plant composition.

Juan José Ibáñez 

 

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