Định lượng quy trình hình thành cộng đồng và xác định các đặc điểm tác động đến chúng
Tóm tắt
Sự thay đổi không gian trong thành phần của các cộng đồng sinh học được điều khiển bởi (sinh thái học) Trôi dạt, Lựa chọn và Phân tán. Các công cụ thống kê được áp dụng phổ biến không thể ước lượng định lượng các quá trình này, cũng như không xác định được các yếu tố vô sinh áp đặt lên các quá trình này. Để kiểm tra các cộng đồng vi sinh vật dưới mặt đất phân bố ở hai cấu trúc địa chất khác nhau của tầng nước ngầm không kín dưới địa điểm Hanford ở phía đông nam bang Washington, chúng tôi đã phát triển một khung phân tích nhằm nâng cao hiểu biết sinh thái theo hai cách chính. Đầu tiên, chúng tôi định lượng ước lượng ảnh hưởng của Trôi dạt, Lựa chọn và Phân tán. Thứ hai, các mô hình sinh thái được sử dụng để xác định các biến vô sinh đã đo đạc và chưa đo đạc áp đặt Lựa chọn hoặc dẫn đến mức độ Phân tán thấp. Chúng tôi nhận thấy rằng (i) Trôi dạt một mình liên tục chiếm khoảng 25% sự thay đổi không gian trong thành phần cộng đồng; (ii) ở trầm tích sâu hơn, có kích thước hạt mịn hơn, Lựa chọn là mạnh (chiếm khoảng 60% sự thay đổi), được áp đặt bởi một biến môi trường chưa được đo lường nhưng có cấu trúc không gian; (iii) ở trầm tích nông hơn, có kích thước hạt thô hơn, Lựa chọn yếu hơn (chiếm khoảng 30% sự thay đổi), được áp đặt bởi các yếu tố thủy văn có cấu trúc theo chiều dọc và chiều ngang; (iv) mức độ Phân tán thấp có thể chiếm gần 30% sự thay đổi và chủ yếu do sự cô lập không gian gây ra bởi việc trao đổi hạn chế giữa các trầm tích hạt mịn và hạt thô; và (v) các trầm tích rất thấm có liên quan đến mức độ Phân tán cao dẫn đến sự đồng nhất trong thành phần cộng đồng và chiếm hơn 20% sự thay đổi. Chúng tôi cũng cho thấy rằng khung phân tích của chúng tôi cung cấp những suy luận không thể đạt được bằng các phương pháp đã có, và gợi ý rằng việc áp dụng rộng rãi sẽ giúp thúc đẩy sự hiểu biết thống nhất về các cộng đồng vi sinh vật.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Anderson, 2011, Navigating the multiple meanings of β diversity: a roadmap for the practicing ecologist, Ecol Lett, 14, 19, 10.1111/j.1461-0248.2010.01552.x
Andersson, 2010, Pyrosequencing reveals contrasting seasonal dynamics of taxa within Baltic Sea bacterioplankton communities, ISME J, 4, 171, 10.1038/ismej.2009.108
Bjornstad, 2009, Borehole Completion and Conceptual Hydrogeologic Model for the IFRC Well Field, 300 Area, Hanford Site. PNNL-18340, 10.2172/974984
Borcard, 2002, All-scale spatial analysis of ecological data by means of principal coordinates of neighbour matrices, Ecol Model, 153, 51, 10.1016/S0304-3800(01)00501-4
Caporaso, 2010, QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data, Nat Methods, 7, 335, 10.1038/nmeth.f.303
Cavender-Bares, 2009, The merging of community ecology and phylogenetic biology, Ecol Lett, 12, 693, 10.1111/j.1461-0248.2009.01314.x
Chase, 2010, Stochastic community assembly causes higher biodiversity in more productive environments, Science, 328, 1388, 10.1126/science.1187820
Chase, 2011, Using null models to disentangle variation in community dissimilarity from variation in α-diversity, Ecosphere, 2, art24, 10.1890/ES10-00117.1
Chase, 2011, Disentangling the importance of ecological niches from stochastic processes across scales, Philos Transact Royal Soc B Biol Sci, 366, 2351, 10.1098/rstb.2011.0063
Cottenie, 2005, Integrating environmental and spatial processes in ecological community dynamics, Ecol Lett, 8, 1175, 10.1111/j.1461-0248.2005.00820.x
de Wit, 2006, ‘Everything is everywhere, but, the environment selects’; what did Baas Becking and Beijerinck really say?, Environ Microbiol, 8, 755, 10.1111/j.1462-2920.2006.01017.x
Diniz-Filho, 2010, Hidden patterns of phylogenetic non-stationarity overwhelm comparative analyses of niche conservatism and divergence, Global Ecol Biogeogr, 19, 916, 10.1111/j.1466-8238.2010.00562.x
Dumbrell, 2010, Relative roles of niche and neutral processes in structuring a soil microbial community, ISME J, 4, 337, 10.1038/ismej.2009.122
Fine, 2011, Phylogenetic community structure and phylogenetic turnover across space and edaphic gradients in western Amazonian tree communities, Ecography, 34, 552, 10.1111/j.1600-0587.2010.06548.x
Gilbert, 2010, Partitioning variation in ecological communities: do the numbers add up?, J Appl Ecol, 47, 1071, 10.1111/j.1365-2664.2010.01861.x
Gilbert, 2012, Defining seasonal marine microbial community dynamics, ISME J, 6, 298, 10.1038/ismej.2011.107
Graham, 2008, Phylogenetic beta diversity: linking ecological and evolutionary processes across space in time, Ecol Lett, 11, 1265, 10.1111/j.1461-0248.2008.01256.x
Gravel, 2006, Reconciling niche and neutrality: the continuum hypothesis, Ecol Lett, 9, 399, 10.1111/j.1461-0248.2006.00884.x
Hardy, 2008, Testing the spatial phylogenetic structure of local communities: statistical performances of different null models and test statistics on a locally neutral community, J Ecol, 96, 914, 10.1111/j.1365-2745.2008.01421.x
Hardy, 2012, Phylogenetic turnover in tropical tree communities: impact of environmental filtering, biogeography and mesoclimatic niche conservatism, Global Ecol Biogeogr, 21, 1007, 10.1111/j.1466-8238.2011.00742.x
Heino, 2011, Context dependency and metacommunity structuring in boreal headwater streams, Oikos, 121, 537, 10.1111/j.1600-0706.2011.19715.x
Hubbell, 2001, The Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography
Jacobson, 2010, Quantifying and disentangling dispersal in metacommunities: how close have we come? How far is there to go?, Landscape Ecol, 25, 495, 10.1007/s10980-009-9442-9
Kraft, 2007, Trait evolution, community assembly, and the phylogenetic structure of ecological communities, Am Nat, 170, 271, 10.1086/519400
Kraft, 2011, Disentangling the drivers of β diversity along latitudinal and elevational gradients, Science, 333, 1755, 10.1126/science.1208584
Legendre, 1999, Distance-based redundancy analysis: testing multispecies responses in multifactorial ecological experiments, Ecol Monogr, 69, 1, 10.1890/0012-9615(1999)069[0001:DBRATM]2.0.CO;2
Legendre, 2009, Partitioning beta diversity in a subtropical broad-leaved forest of China, Ecology, 90, 663, 10.1890/07-1880.1
Leibold, 2004, The metacommunity concept: a framework for multi-scale community ecology, Ecol Lett, 7, 601, 10.1111/j.1461-0248.2004.00608.x
Lin, 2012, Distribution of microbial biomass and potential for anaerobic respiration in Hanford Site 300 Area subsurface sediment, Appl Environ Microb, 78, 759, 10.1128/AEM.07404-11
Lin, 2012, Spatial and temporal dynamics of microbial community in the Hanford unconfined aquifer, ISME J, 6, 1665, 10.1038/ismej.2012.26
Losos, 2008, Phylogenetic niche conservatism, phylogenetic signal and the relationship between phylogenetic relatedness and ecological similarity among species, Ecol Lett, 11, 995, 10.1111/j.1461-0248.2008.01229.x
Martiny, 2006, Microbial biogeography: putting microorganisms on the map, Nat Rev Micro, 4, 102, 10.1038/nrmicro1341
Martiny, 2011, Drivers of bacterial β-diversity depend on spatial scale, Proc Natl Acad Sci USA, 108, 7850, 10.1073/pnas.1016308108
Ofiteru, 2010, Combined niche and neutral effects in a microbial wastewater treatment community, Proc Natl Acad Sci USA, 107, 15345, 10.1073/pnas.1000604107
Peterson, 2008, Uranium Contamination in the Subsurface Beneath the 300 Area, Hanford site, Washington. PNNL-17034, 10.2172/925719
R-Core-Team, 2012, R: A Language and Environment for Statistical Computing
Ricklefs, 2012, Global correlations in tropical tree species richness and abundance reject neutrality, Science, 335, 464, 10.1126/science.1215182
Smith, 2010, Variation partitioning as a tool to distinguish between niche and neutral processes, Ecography, 33, 648, 10.1111/j.1600-0587.2009.06105.x
Stegen, 2011, Inferring ecological processes from taxonomic, phylogenetic and functional trait β-diversity, PLoS One, 6, e20906, 10.1371/journal.pone.0020906
Stegen, 2012, Stochastic and deterministic assembly processes in subsurface microbial communities, ISME J, 6, 1653, 10.1038/ismej.2012.22
Tuomisto, 2003, Dispersal, environment, and floristic variation of western amazonian forests, Science, 299, 241, 10.1126/science.1078037