Published September 30, 2015 | Version v1
Publication Open

Emerging spatial patterns in Antarctic prokaryotes

  • 1. University of Malaya
  • 2. International Medical University
  • 3. Northumbria University
  • 4. British Antarctic Survey

Description

Recent advances in knowledge of patterns of biogeography in terrestrial eukaryotic organisms have led to a fundamental paradigm shift in understanding of the controls and history of life on land in Antarctica, and its interactions over the long term with the glaciological and geological processes that have shaped the continent. However, while it has long been recognized that the terrestrial ecosystems of Antarctica are dominated by microbes and their processes, knowledge of microbial diversity and distributions has lagged far behind that of the macroscopic eukaryote organisms. Increasing human contact with and activity in the continent is leading to risks of biological contamination and change in a region whose isolation has protected it for millions of years at least; these risks may be particularly acute for microbial communities which have, as yet, received scant recognition and attention. Even a matter apparently as straightforward as Protected Area designation in Antarctica requires robust biodiversity data which, in most parts of the continent, remain almost completely unavailable. A range of important contributing factors mean that it is now timely to reconsider the state of knowledge of Antarctic terrestrial prokaryotes. Rapid advances in molecular biological approaches are increasingly demonstrating that bacterial diversity in Antarctica may be far greater than previously thought, and that there is overlap in the environmental controls affecting both Antarctic prokaryotic and eukaryotic communities. Bacterial dispersal mechanisms and colonization patterns remain largely unaddressed, although evidence for regional evolutionary differentiation is rapidly accruing and, with this, there is increasing appreciation of patterns in regional bacterial biogeography in this large part of the globe. In this review, we set out to describe the state of knowledge of Antarctic prokaryote diversity patterns, drawing analogy with those of eukaryote groups where appropriate. Based on our synthesis, it is clear that spatial patterns of Antarctic prokaryotes can be unique at local scales, while the limited evidence available to date supports the group exhibiting overall regional biogeographical patterns similar to the eukaryotes. We further consider the applicability of the concept of "functional redundancy" for the Antarctic microbial community and highlight the requirements for proper consideration of their important and distinctive roles in Antarctic terrestrial ecosystems.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

أدت التطورات الحديثة في معرفة أنماط الجغرافيا الحيوية في الكائنات الحية حقيقية النواة الأرضية إلى تحول نموذجي أساسي في فهم ضوابط وتاريخ الحياة على الأرض في القارة القطبية الجنوبية، وتفاعلاتها على المدى الطويل مع العمليات الجليدية والجيولوجية التي شكلت القارة. ومع ذلك، في حين أنه من المعترف به منذ فترة طويلة أن النظم الإيكولوجية الأرضية في القارة القطبية الجنوبية تهيمن عليها الميكروبات وعملياتها، فإن معرفة التنوع والتوزيعات الميكروبية قد تخلفت كثيراً عن معرفة الكائنات الحية حقيقية النواة العيانية. تؤدي زيادة الاتصال البشري بالقارة ونشاطها إلى مخاطر التلوث البيولوجي والتغيير في منطقة حميتها عزلتها لملايين السنين على الأقل ؛ قد تكون هذه المخاطر حادة بشكل خاص بالنسبة للمجتمعات الميكروبية التي لم تتلق حتى الآن سوى القليل من الاعتراف والاهتمام. حتى المسألة التي تبدو واضحة مثل تسمية المنطقة المحمية في القارة القطبية الجنوبية تتطلب بيانات قوية للتنوع البيولوجي والتي لا تزال غير متوفرة بالكامل تقريبًا في معظم أجزاء القارة. تعني مجموعة من العوامل المساهمة المهمة أن الوقت قد حان الآن لإعادة النظر في حالة معرفة بدائيات النوى الأرضية في أنتاركتيكا. تُظهر التطورات السريعة في النهج البيولوجية الجزيئية بشكل متزايد أن التنوع البكتيري في القارة القطبية الجنوبية قد يكون أكبر بكثير مما كان يعتقد سابقًا، وأن هناك تداخلًا في الضوابط البيئية التي تؤثر على كل من مجتمعات بدائيات النوى وحقيقيات النوى في القارة القطبية الجنوبية. لا تزال آليات التشتت البكتيري وأنماط الاستعمار دون معالجة إلى حد كبير، على الرغم من أن الأدلة على التمايز التطوري الإقليمي تتراكم بسرعة، ومع هذا، هناك تقدير متزايد للأنماط في الجغرافيا الحيوية البكتيرية الإقليمية في هذا الجزء الكبير من العالم. في هذه المراجعة، شرعنا في وصف حالة المعرفة بأنماط تنوع بدائيات النوى في أنتاركتيكا، مع إجراء مقارنة مع تلك الخاصة بمجموعات حقيقيات النوى عند الاقتضاء. بناءً على توليفنا، من الواضح أن الأنماط المكانية لبدائيات النوى في أنتاركتيكا يمكن أن تكون فريدة من نوعها على المستويات المحلية، في حين أن الأدلة المحدودة المتاحة حتى الآن تدعم المجموعة التي تعرض أنماطًا بيولوجية جغرافية إقليمية شاملة مماثلة لحقيقيات النوى. كما ننظر في إمكانية تطبيق مفهوم "التكرار الوظيفي" للمجتمع الميكروبي في أنتاركتيكا ونسلط الضوء على متطلبات النظر المناسب في أدوارها المهمة والمميزة في النظم الإيكولوجية الأرضية في أنتاركتيكا.

Translated Description (French)

Les progrès récents dans la connaissance des modèles de biogéographie des organismes eucaryotes terrestres ont conduit à un changement fondamental de paradigme dans la compréhension des contrôles et de l'histoire de la vie terrestre en Antarctique, et de ses interactions à long terme avec les processus glaciologiques et géologiques qui ont façonné le continent. Cependant, s'il est reconnu depuis longtemps que les écosystèmes terrestres de l'Antarctique sont dominés par les microbes et leurs processus, la connaissance de la diversité et des distributions microbiennes est loin derrière celle des organismes eucaryotes macroscopiques. L'augmentation du contact humain et de l'activité sur le continent entraîne des risques de contamination biologique et de changement dans une région dont l'isolement la protège depuis des millions d'années au moins ; ces risques peuvent être particulièrement aigus pour les communautés microbiennes qui ont, jusqu'à présent, reçu peu de reconnaissance et d'attention. Même une question apparemment aussi simple que la désignation d'une aire protégée en Antarctique nécessite des données robustes sur la biodiversité qui, dans la plupart des régions du continent, restent presque complètement indisponibles. Une série de facteurs contributifs importants signifient qu'il est maintenant temps de reconsidérer l'état des connaissances des procaryotes terrestres de l'Antarctique. Les progrès rapides des approches biologiques moléculaires démontrent de plus en plus que la diversité bactérienne en Antarctique peut être beaucoup plus grande qu'on ne le pensait auparavant, et qu'il existe un chevauchement dans les contrôles environnementaux affectant à la fois les communautés procaryotes et eucaryotes de l'Antarctique. Les mécanismes de dispersion bactérienne et les modèles de colonisation restent en grande partie sans réponse, bien que les preuves d'une différenciation évolutive régionale s'accumulent rapidement et, avec cela, il y a une appréciation croissante des modèles dans la biogéographie bactérienne régionale dans cette grande partie du globe. Dans cette revue, nous avons cherché à décrire l'état des connaissances sur les modèles de diversité procaryote de l'Antarctique, en établissant des analogies avec ceux des groupes eucaryotes, le cas échéant. Sur la base de notre synthèse, il est clair que les modèles spatiaux des procaryotes de l'Antarctique peuvent être uniques à l'échelle locale, tandis que les preuves limitées disponibles à ce jour soutiennent le groupe présentant des modèles biogéographiques régionaux globaux similaires aux eucaryotes. Nous examinons en outre l'applicabilité du concept de « redondance fonctionnelle » pour la communauté microbienne antarctique et soulignons les exigences pour une prise en compte appropriée de leurs rôles importants et distinctifs dans les écosystèmes terrestres antarctiques.

Translated Description (Spanish)

Los recientes avances en el conocimiento de los patrones de biogeografía en organismos eucariotas terrestres han llevado a un cambio de paradigma fundamental en la comprensión de los controles y la historia de la vida en tierra en la Antártida, y sus interacciones a largo plazo con los procesos glaciológicos y geológicos que han dado forma al continente. Sin embargo, si bien se ha reconocido durante mucho tiempo que los ecosistemas terrestres de la Antártida están dominados por microbios y sus procesos, el conocimiento de la diversidad y distribución microbiana se ha quedado muy por detrás del de los organismos eucariotas macroscópicos. El aumento del contacto humano y la actividad en el continente está llevando a riesgos de contaminación biológica y cambio en una región cuyo aislamiento la ha protegido durante millones de años al menos; estos riesgos pueden ser particularmente agudos para las comunidades microbianas que, hasta ahora, han recibido escaso reconocimiento y atención. Incluso un asunto aparentemente tan sencillo como la designación de Área Protegida en la Antártida requiere datos sólidos sobre biodiversidad que, en la mayor parte del continente, siguen siendo casi completamente inaccesibles. Una serie de factores importantes que contribuyen significa que ahora es oportuno reconsiderar el estado del conocimiento de los procariotas terrestres antárticos. Los rápidos avances en los enfoques biológicos moleculares están demostrando cada vez más que la diversidad bacteriana en la Antártida puede ser mucho mayor de lo que se pensaba anteriormente, y que existe una superposición en los controles ambientales que afectan tanto a las comunidades procariotas como a las eucariotas antárticas. Los mecanismos de dispersión bacteriana y los patrones de colonización siguen sin abordarse en gran medida, aunque la evidencia de la diferenciación evolutiva regional se está acumulando rápidamente y, con esto, hay una creciente apreciación de los patrones en la biogeografía bacteriana regional en esta gran parte del mundo. En esta revisión, nos propusimos describir el estado del conocimiento de los patrones de diversidad de procariotas antárticos, estableciendo una analogía con los de los grupos eucariotas cuando corresponda. Según nuestra síntesis, está claro que los patrones espaciales de los procariotas antárticos pueden ser únicos a escala local, mientras que la limitada evidencia disponible hasta la fecha respalda que el grupo exhibe patrones biogeográficos regionales generales similares a los eucariotas. Consideramos además la aplicabilidad del concepto de "redundancia funcional" para la comunidad microbiana antártica y destacamos los requisitos para una consideración adecuada de sus funciones importantes y distintivas en los ecosistemas terrestres antárticos.

Files

pdf.pdf

Files (3.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:c5ccaf6b8426b65dcf82a2e71b17c881
3.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الأنماط المكانية الناشئة في بدائيات النوى في أنتاركتيكا
Translated title (French)
Modèles spatiaux émergents chez les procaryotes de l'Antarctique
Translated title (Spanish)
Patrones espaciales emergentes en procariotas antárticos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W1865600354
DOI
10.3389/fmicb.2015.01058

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W137068806
  • https://openalex.org/W1518555193
  • https://openalex.org/W1588087612
  • https://openalex.org/W1659220676
  • https://openalex.org/W1855335692
  • https://openalex.org/W1912112052
  • https://openalex.org/W1920295170
  • https://openalex.org/W1922873010
  • https://openalex.org/W1938349916
  • https://openalex.org/W1962631824
  • https://openalex.org/W1964440935
  • https://openalex.org/W1972295040
  • https://openalex.org/W1972653611
  • https://openalex.org/W1975683308
  • https://openalex.org/W1978060661
  • https://openalex.org/W1979974554
  • https://openalex.org/W1980515371
  • https://openalex.org/W1980587537
  • https://openalex.org/W1981269894
  • https://openalex.org/W1982363589
  • https://openalex.org/W1984320817
  • https://openalex.org/W1985544238
  • https://openalex.org/W1985992097
  • https://openalex.org/W1988103622
  • https://openalex.org/W1988435055
  • https://openalex.org/W1990064658
  • https://openalex.org/W1990739481
  • https://openalex.org/W1995174453
  • https://openalex.org/W1996918938
  • https://openalex.org/W1998262289
  • https://openalex.org/W1998705851
  • https://openalex.org/W2001814339
  • https://openalex.org/W2007633022
  • https://openalex.org/W2009406854
  • https://openalex.org/W2009906332
  • https://openalex.org/W2011601608
  • https://openalex.org/W2012901371
  • https://openalex.org/W2012992208
  • https://openalex.org/W2013470817
  • https://openalex.org/W2020143350
  • https://openalex.org/W2020371737
  • https://openalex.org/W2021976801
  • https://openalex.org/W2024471867
  • https://openalex.org/W2025398100
  • https://openalex.org/W2028008055
  • https://openalex.org/W2030020836
  • https://openalex.org/W2030786176
  • https://openalex.org/W2030836446
  • https://openalex.org/W2032730908
  • https://openalex.org/W2033466685
  • https://openalex.org/W2035253029
  • https://openalex.org/W2036125908
  • https://openalex.org/W2038089216
  • https://openalex.org/W2040766929
  • https://openalex.org/W2041177813
  • https://openalex.org/W2042538687
  • https://openalex.org/W2042701600
  • https://openalex.org/W2046812796
  • https://openalex.org/W2054540109
  • https://openalex.org/W2056749166
  • https://openalex.org/W2056887996
  • https://openalex.org/W2058012174
  • https://openalex.org/W2060382217
  • https://openalex.org/W2061801731
  • https://openalex.org/W2063817415
  • https://openalex.org/W2064757726
  • https://openalex.org/W2065105007
  • https://openalex.org/W2065114268
  • https://openalex.org/W2065608995
  • https://openalex.org/W2065720663
  • https://openalex.org/W2066818550
  • https://openalex.org/W2068861508
  • https://openalex.org/W2074536381
  • https://openalex.org/W2076080093
  • https://openalex.org/W2076357709
  • https://openalex.org/W2077242824
  • https://openalex.org/W2079513689
  • https://openalex.org/W2082480764
  • https://openalex.org/W2083752417
  • https://openalex.org/W2085847412
  • https://openalex.org/W2087866377
  • https://openalex.org/W2088880848
  • https://openalex.org/W2090794373
  • https://openalex.org/W2091640640
  • https://openalex.org/W2091873293
  • https://openalex.org/W2092130132
  • https://openalex.org/W2095972043
  • https://openalex.org/W2096725356
  • https://openalex.org/W2096916545
  • https://openalex.org/W2099121906
  • https://openalex.org/W2100962009
  • https://openalex.org/W2102917628
  • https://openalex.org/W2102942827
  • https://openalex.org/W2103367134
  • https://openalex.org/W2104825494
  • https://openalex.org/W2108906735
  • https://openalex.org/W2109057069
  • https://openalex.org/W2109628725
  • https://openalex.org/W2113147052
  • https://openalex.org/W2118124853
  • https://openalex.org/W2119008763
  • https://openalex.org/W2121598563
  • https://openalex.org/W2123388186
  • https://openalex.org/W2124393588
  • https://openalex.org/W2124715997
  • https://openalex.org/W2125214271
  • https://openalex.org/W2125350442
  • https://openalex.org/W2128612602
  • https://openalex.org/W2129281848
  • https://openalex.org/W2129769668
  • https://openalex.org/W2129890495
  • https://openalex.org/W2131376026
  • https://openalex.org/W2141611772
  • https://openalex.org/W2144388854
  • https://openalex.org/W2144433650
  • https://openalex.org/W2144965353
  • https://openalex.org/W2145537580
  • https://openalex.org/W2146384743
  • https://openalex.org/W2147199223
  • https://openalex.org/W2149415648
  • https://openalex.org/W2150182923
  • https://openalex.org/W2151988793
  • https://openalex.org/W2152660248
  • https://openalex.org/W2154148518
  • https://openalex.org/W2154218487
  • https://openalex.org/W2154233530
  • https://openalex.org/W2154969423
  • https://openalex.org/W2155049182
  • https://openalex.org/W2155066423
  • https://openalex.org/W2158146962
  • https://openalex.org/W2158788755
  • https://openalex.org/W2162242390
  • https://openalex.org/W2163169737
  • https://openalex.org/W2163304615
  • https://openalex.org/W2164035532
  • https://openalex.org/W2164435125
  • https://openalex.org/W2164781891
  • https://openalex.org/W2165804215
  • https://openalex.org/W2166528521
  • https://openalex.org/W2166792394
  • https://openalex.org/W2167945940
  • https://openalex.org/W2168108974
  • https://openalex.org/W2168442789
  • https://openalex.org/W2172197142
  • https://openalex.org/W2306231481
  • https://openalex.org/W2485429218
  • https://openalex.org/W4206371398
  • https://openalex.org/W4250214321