Mikrobiocenozy regionów polarnych w dobie globalnego ocieplenia.

• Authors: Jakub Grzesiak , Marek K. Zdanowski

Title variants

EN

Polar microbiocenoses in the age of global warming.

• Languages of publication: PL EN

Abstracts

PL

Ekosystemy regionów polarnych obejmują wiele lądowych i morskich habitatów zasiedlonych przez interesujące i złożone zespoły mikroorganizmów. W artykule omówione zostały trzy środowiska lądowe: lodowcowe, polodowcowe i przybrzeżne. W obrębie lodowca można wyróżnić trzy siedliska życia drobnoustrojów: powierzchnia lodowca, jego wnętrze i strefa podlodowcowa. Na powierzchni lodowca występuje zespół zarówno fotoautotroficznych producentów materii organicznej, jak i heterotroficznych mikroorganizmów współpracujących ze sobą w konsorcjach. W warstwie podlodowcowej mikroorganizmy korzystają zarówno z puli materii organicznej tam występującej, jak i spływającej szczelinami a wytwarzanej na jego powierzchni. Wskutek ocieplenia klimatu lodowce cofają się, stopniowo odsłaniając tereny pod nimi. Odsłonięte wskutek kurczenia się lodowców grunty są początkowo zasiedlone jedynie przez mikroorganizmy, które przeżyły topnienie lodowca. Podlegają one intensywnym i złożonym procesom sukcesji. Porosty, mchy i trawy zaczynają zajmować obszary, niebędące pod silnym wpływem procesów krioturbacji (cyklicznego zamarzania i rozmarzania). Wraz z nimi pojawiają się bakterie symbiotyczne, pomagające w zasiedlaniu jałowych terenów postglacjalnych. Tam, gdzie grunt podlega procesom erozyjnym i brak jest szaty roślinnej, wykształcają się zespoły mikroorganizmów bardzo odporne na czynniki środowiskowe. Ich rezerwuarem są żyzne tereny przybrzeżne, gdzie zalegają ogromne ilości materii pochodzenia morskiego, głównie pod postacią guana ptasiego oraz plech makroglonów. Bakteryjny rozkład tego materiału zachodzi w kilku etapach, zaczynając od wchłaniania najprostszych związków, kończąc na enzymatycznym rozkładzie złożonych polimerów takich jak chityna czy celuloza. Składniki odżywcze powstające w wyniku biodegradacji wspomagają rozwój ekosystemów tundrowych w obszarach przybrzeżnych i na polodowcowych morenach.

EN

Polar ecosystems host diverse terrestrial and marine microbial communities. Three terrestrial microbial habitats explored here are glacier, glacier foreland and marine coast. Three sites within the bounds of the glacier were distinguished, specifically supraglacial (glacier surface), englacial (in the glacier), and subglacial (glacier bed). Microbial cells in the supraglacial environment thrive through photosynthesis, and cooperate with each other to create microbial consortia. In subglacial sites, microorganisms use organic matter incorporated earlier into the glacier bed or derived more recently from the surface through crevasses and sink holes. As glaciers recede in response to the warming climate, the ground below them is gradually exposed. This ground, initially inhabited by microbes that survive the melting, undergoes a succession process. Lichens, mosses and grasses begin to occupy stable areas unaffected by cryoturbation (freeze-thaw), with bacteria aiding colonization of the arid post-glacial soil. In places subject to erosion and where plant coverage is lacking, bacterial communities resistant to the harsh abiotic conditions develop. A source of such microorganisms is the fertile coast, where significant amounts of marine-derived material in the form of guano and macroalgae debris accumulate. Bacterial decomposition of this matter proceeds through several stages, initially by direct absorption of simple compounds, and subsequently by enzymatic breakdown of complex biopolymers such as chitin or cellulose. Such nutrients aid tundra ecosystem development not only in the vicinity of the coast, but also on postglacial moraines.

• Journal: Kosmos
• Year: 2013
• Volume: 62
• Issue: 3
• Pages: 341-349

Dates

published

2013

Contributors

author

Jakub Grzesiak

• Zakład Biologii Antarktyki, Instytut Biochemii i Biofizyki PAN, Pawińskiego 5a, 02-106 Warszawa, Polska

author

Marek K. Zdanowski

• Zakład Biologii Antarktyki, Instytut Biochemii i Biofizyki PAN, Pawińskiego 5a, 02-106 Warszawa, Polska

References

• Bárcena T. G., Yde J. C., Finster K. W., 2010. Methane flux and high-affinity methanotrophic diversity along the chronosequence of a receding glacier in Greenland. Ann. Glaciol. 51, 23-31.
• Bárcena T. G., Finster K. W., Yde J. C., 2011. Spatial patterns of soil development, methane oxidation and methanotrophic diversity along a receding glacier forefield, Southeast Greenland. Arct. Antarct. Alp. Res. 43, 178-188.
• Birkenmajer K., 2002. Retreat of Ecology Glacier, Admiralty Bay, King George Island (South Shetland Island, West Antarctica) 1956-2001. B. Pol. Acad. Sci-Earth 50, 5-19.
• Blume H. P., Beyer L., Kalk E., Kuhn D., 2002. Weathering and Soil Formation. [W:] Geoecology of Antarctic Ice-Free Coastal Landscapes. Ecological Studies. Beyer L., Bölter M. (red.). Springer Verlag, Berlin, 115-137.
• Castello J. D., Rogers S. O., 2005. Life in ancient ice. Princeton University Press, Princeton, New Jersey, USA, 227-239.
• Christner B. C., Kvitko B. H., Reeve J. N., 2003. Molecular identification of bacteria and eukarya inhabiting an Antarctic cryoconite hole. Extremophiles 7, 177-183.
• Darcy J. L., Lynch R. C., King A. J., Robeson M. S., Schmidt S. K., 2011. Global distribution of polaromonas phylotypes - evidence for a highly successful dispersal capacity. PLoS ONE 6 (8), e23742.
• Frey B., Rieder S. R., Brunner I., Plotze M., Koetzsch S., Lapanje A., Brandl H., Furrer G., 2010. Weathering-associated bacteria from the Damma Glacier forefield: Physiological capabilities and impact on granite dissolution. Appl. Environ. Microb. 76, 4788-4796.
• Hodson A., Anesio A. M., Tranter M., Fountain A., Osborn M., Priscu J., Laybourn-Parry J., Sattler B., 2008. Glacial Ecosystems. Ecol. Monogr. 78, 41-67.
• Hubbard B. P., Cook S. J., Coulson H., 2009. Basal ice facies: a review and unifying approach. Quat. Sci. Rev. 28, 1956-1969.
• Kanzler B. E. M., Pfannes K. R., Vogl K., Overmann J., 2005. Molecular Characterization of the Nonphotosynthetic Partner Bacterium in the Consortium 'Chlorochromatium aggregatum'. Appl. Environ. Microbiol. 71, 7434-7441.
• Mader H., Pettitt M. E., Wadham J. L., Wolff E., Parkes R. J., 2006. Subsurface ice as a microbial habitat. Geology 34, 169-172.
• Matthews J. A., 1992. The ecology of recently-deglaciated terrain: a geoecological approach to glacier forelands and primary succession. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom, 136-144.
• Mieczan T., Górniak D., Świątecki A., Zdanowski M. K., Tarkowska-Kukuryk M., 2012. The distribution of ciliates on Ecology Glacier (King George Island, Antarctica): relationships between species assemblages and environmental parameters. Polar Biol. DOI: 10.1007/s00300-012-1256-6
• Migała K., Piwowar B. A., Puczko D., 2006. A meteorological study of the ablation process on Hans Glacier, SW Spitsbergen, Pol. Polar Res. 27, 243-258.
• Morita R. Y., Haight R. D., 1964. Temperature effects on the growth of an obligate psychrophilic marine bacterium. Limnol. Oceangr. 9, 102-106.
• Paterson W. S. B., 1994. The physics of glaciers. Third edition. Pergamon, Oxford, UK.
• Porazinska D. L., Fountain A. G., Nylen T. H., Tranter M., 2002. The biodiversity and biogeochemistry of cryoconite holes from McMurdo Dry Valley Glaciers, Antarctica. Arct. Antarct. Alp. Res. 54, 495-505.
• Price P. B., 2007. Microbial life in glacial ice and implications for a cold origin of life. FEMS Microbiol. Ecol. 59, 217-231.
• Price P. B., Sowers T., 2004. Temperature dependence of metabolic rates for microbial growth, maintenance, and survival. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 101, 4631-4636.
• Rakusa-Suszczewski S., 1995. Flow of matter in the Admiralty Bay area, King George Island, Maritime Antarctic. Proc. NIPR Symp. Polar Biol. 8, 101-113.
• Rakusa-Suszczewski S., 2012. Zmiany w morskich i lądowych ekosystemach (zachodnia Antarktyka, Szetlandy Południowe, Zatoka Admiralicji). Nauka 1, 161-172.
• Sharp M., Parkes J., Cragg B., Fairchild I. J., Lamb H., Tranter M., 1999. Widespread bacterial populations at glacier beds and their relationship to rock weathering and carbon cycling. Geology 27, 107-110.
• Sieburth J. McN., 1964. Polymorphism of a marine bacterium (Arthrobacter): as a function of multiple temperature optima and nutrition. Proc. Symp. Exp. Mar. Ecol. Occas. Publ., No. 2, Grad. Sch. Oceanogr., Univ. R. I., Kingston, R. I., 11-16.
• Świątecki A., Górniak D., Jankowska K., Zdanowski M., Borsuk P., Żmuda-Baranowska M., Grzesiak J., 2010. Effects of global warming on microbial community structure and function in the glacier lagoon (Ecology Lagoon, King George Island, Antarctica). Global Change IGBP 17, 7-15.
• Takeuchi N., Kohshima S., Yoshimura Y., Seko K., Fujita K., 2000. Characteristics of cryoconite holes on a Himalayan glacier, Yala Glacier Central Nepal. Bull. Glaciol. Res. 17, 51-59.
• Tatur A., 2007. Zmiany ekosystemów morskich i lądowych Antarktyki pod wpływem fluktuacji klimatycznych. [W:] Zmiany klimatyczne w Arktyce i Antarktyce w ostatnim pięćdziesięcioleciu XX wieku i ich implikacje środowiskowe. Styszyńska A., Marsz A. A. (red.). Wydawnictwo Uczelniane Akademii Morskiej, Gdynia. 77-91.
• Tatur A., Myrcha A., 1984. Ornithogenic soils on King George Island (Maritime Antarctic). Pol. Polar Res. 5, 31-60.
• Tung H. C., Price P. B., Bramall N. E., Vrdoljak G., 2006. Microorganisms metabolizing on clay grains in 3-km-deep Greenland basal ice. Astrobiology 6, 69-86.
• Turner J., Bindschladler R., Convey P., di Prisco G., Fahrbach E., Gutt J., Hodson D., Mayewski P., Summerhayes C., 2009. Executive summary [W:] Antarctic Climate Change and Environment. Victoire Press, Cambridge.
• Yde J. C., Paasche Ø., 2010. Reconstructing climate change: Not all glaciers suitable. EOS 91, 189-190.
• Yde J. C., Bárcena T. G., Finster K. W., 2011. Subglacial and Proglacial Ecosystem Responses to Climate Change. [W:] Climate Change - Geophysical Foundations and Ecological Effects. Blanco J., Kheradmand H. (red.). InTech, Rijeka, Croatia, 459-478.
• Zdanowski M. K., Węgleński P., 2001. Ecophysiology of soil bacteria in the vicinity of Henryk Arctowski Station, King George Island, Antarctica. Soil Biol. Biochem. 33, 819-829.
• Zdanowski M. K., Węgleński P., Golik P., Sasin J. M., Borsuk P., Żmuda M. J., Stankovic A., 2004. Bacterial diversity in Adelie penguin, Pygoscelis adeliae guano: Molecular and morphological approaches. FEMS Microbiol. Ecol. 50, 163-173.
• Zdanowski M. K., Żmuda M. J., Zwolska I., 2005. Bacterial role in the decomposition of marine-derived material (penguin guano) in the terrestrial maritime Antarctic. Soil Biol. Biochem. 37, 581-595.
• Zdanowski M.K., Żmuda-Baranowska M. J., Borsuk P., Świątecki A., Górniak D., Wolicka D., Jankowska K. M., Grzesiak J., 2012. Culturable bacteria community development in postglacial soils of Ecology Glacier, King George Island, Antarctica. Polar Biol. DOI: 10.1007/s00300-012-1278-0.
• Żmuda-Baranowska M. J., 2010. Bioróżnorodność bakterii biorących udział w degradacji materii organicznej pochodzenia morskiego w przybrzeżnych środowiskach lądowych Antarktyki i Arktyki. Rozprawa Doktorska, Zakład Biologii Antarktyki PAN.