Published October 26, 2018 | Version v1
Publication Open

Microbes follow Humboldt: temperature drives plant and soil microbial diversity patterns from the Amazon to the Andes

  • 1. University of Edinburgh
  • 2. Smithsonian Tropical Research Institute
  • 3. Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences
  • 4. University of Colorado Boulder
  • 5. UK Centre for Ecology & Hydrology
  • 6. Lancaster University
  • 7. University of Manchester
  • 8. Pontifical Catholic University of Peru
  • 9. Wake Forest University
  • 10. Australian National University

Description

Abstract More than 200 years ago, Alexander von Humboldt reported that tropical plant species richness decreased with increasing elevation and decreasing temperature. Surprisingly, coordinated patterns in plant, bacterial, and fungal diversity on tropical mountains have not yet been observed, despite the central role of soil microorganisms in terrestrial biogeochemistry and ecology. We studied an Andean transect traversing 3.5 km in elevation to test whether the species diversity and composition of tropical forest plants, soil bacteria, and fungi follow similar biogeographical patterns with shared environmental drivers. We found coordinated changes with elevation in all three groups: species richness declined as elevation increased, and the compositional dissimilarity among communities increased with increased separation in elevation, although changes in plant diversity were larger than in bacteria and fungi. Temperature was the dominant driver of these diversity gradients, with weak influences of edaphic properties, including soil pH . The gradients in microbial diversity were strongly correlated with the activities of enzymes involved in organic matter cycling, and were accompanied by a transition in microbial traits towards slower‐growing, oligotrophic taxa at higher elevations. We provide the first evidence of coordinated temperature‐driven patterns in the diversity and distribution of three major biotic groups in tropical ecosystems: soil bacteria, fungi, and plants. These findings suggest that interrelated and fundamental patterns of plant and microbial communities with shared environmental drivers occur across landscape scales. These patterns are revealed where soil pH is relatively constant, and have implications for tropical forest communities under future climate change.

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

Translated Description (Arabic)

منذ أكثر من 200 عام، أفاد ألكسندر فون هومبولت أن ثراء أنواع النباتات الاستوائية انخفض مع زيادة الارتفاع وانخفاض درجة الحرارة. والمثير للدهشة أنه لم يتم بعد ملاحظة أنماط منسقة في التنوع النباتي والبكتيري والفطري على الجبال الاستوائية، على الرغم من الدور المركزي للكائنات الحية الدقيقة في التربة في الكيمياء الحيوية الأرضية والبيئة. درسنا مقطع الأنديز الذي يعبر 3.5 كم في الارتفاع لاختبار ما إذا كان تنوع الأنواع وتكوين نباتات الغابات الاستوائية وبكتيريا التربة والفطريات يتبع أنماطًا بيولوجية جغرافية مماثلة مع محركات بيئية مشتركة. وجدنا تغيرات منسقة مع الارتفاع في جميع المجموعات الثلاث: انخفض ثراء الأنواع مع زيادة الارتفاع، وزاد الاختلاف التركيبي بين المجتمعات مع زيادة الفصل في الارتفاع، على الرغم من أن التغيرات في التنوع النباتي كانت أكبر منها في البكتيريا والفطريات. كانت درجة الحرارة هي المحرك المهيمن لتدرجات التنوع هذه، مع تأثيرات ضعيفة لخصائص التربة، بما في ذلك درجة الحموضة في التربة. كانت التدرجات في التنوع الميكروبي مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بأنشطة الإنزيمات المشاركة في دورة المواد العضوية، وكانت مصحوبة بانتقال في السمات الميكروبية نحو أصناف أبطأ نموًا وقليلة التغذية على ارتفاعات أعلى. نحن نقدم أول دليل على الأنماط المنسقة التي تحركها درجاتالحرارة في تنوع وتوزيع ثلاث مجموعات حيوية رئيسية في النظم الإيكولوجية الاستوائية: بكتيريا التربة والفطريات والنباتات. تشير هذه النتائج إلى أن الأنماط المترابطة والأساسية للمجتمعات النباتية والميكروبية ذات الدوافع البيئية المشتركة تحدث عبر نطاقات المناظر الطبيعية. يتم الكشف عن هذه الأنماط حيث تكون درجة الحموضة في التربة ثابتة نسبيًا، ولها آثار على مجتمعات الغابات الاستوائية في ظل تغير المناخ في المستقبل.

Translated Description (French)

Résumé Il y a plus de 200 ans, Alexander von Humboldt a rapporté que la richesse des espèces de plantes tropicales diminuait avec l'augmentation de l'altitude et la diminution de la température. Étonnamment, des modèles coordonnés de diversité végétale, bactérienne et fongique dans les montagnes tropicales n'ont pas encore été observés, malgré le rôle central des micro-organismes du sol dans la biogéochimie et l'écologie terrestres. Nous avons étudié un transect andin traversant 3,5 km d'altitude pour tester si la diversité des espèces et la composition des plantes des forêts tropicales, des bactéries du sol et des champignons suivent des schémas biogéographiques similaires avec des facteurs environnementaux partagés. Nous avons trouvé des changements coordonnés avec l'altitude dans les trois groupes : la richesse en espèces diminuait à mesure que l'altitude augmentait, et la dissemblance compositionnelle entre les communautés augmentait avec une séparation accrue de l'altitude, bien que les changements dans la diversité végétale soient plus importants que dans les bactéries et les champignons. La température a été le moteur dominant de ces gradients de diversité, avec de faibles influences des propriétés édaphiques, y compris le pH du sol. Les gradients de diversité microbienne étaient fortement corrélés avec les activités des enzymes impliquées dans le cycle de la matière organique et s'accompagnaient d'une transition des traits microbiens vers des taxons oligotrophes àcroissance plus lente à des altitudes plus élevées. Nous fournissons la première preuve de modèles coordonnés liés à la température dans la diversité et la distribution de trois grands groupes biotiques dans les écosystèmes tropicaux : les bactéries du sol, les champignons et les plantes. Ces résultats suggèrent que des modèles interdépendants et fondamentaux de communautés végétales et microbiennes avec des facteurs environnementaux partagés se produisent à travers les échelles du paysage. Ces modèles sont révélés lorsque le pH du sol est relativement constant et ont des implications pour les communautés forestières tropicales dans le cadre du changement climatique futur.

Translated Description (Spanish)

Resumen Hace más de 200 años, Alexander von Humboldt informó que la riqueza de especies de plantas tropicales disminuía con el aumento de la elevación y la disminución de la temperatura. Sorprendentemente, aún no se han observado patrones coordinados en la diversidad de plantas, bacterias y hongos en las montañas tropicales, a pesar del papel central de los microorganismos del suelo en la biogeoquímica y la ecología terrestres. Estudiamos un transecto andino que atraviesa 3,5 km de altitud para probar si la diversidad de especies y la composición de las plantas de los bosques tropicales, las bacterias del suelo y los hongos siguen patrones biogeográficos similares con impulsores ambientales compartidos. Encontramos cambios coordinados con la elevación en los tres grupos: la riqueza de especies disminuyó a medida que aumentaba la elevación, y la diferencia de composición entre las comunidades aumentó con el aumento de la separación en la elevación, aunque los cambios en la diversidad de plantas fueron mayores que en las bacterias y los hongos. La temperatura fue el impulsor dominante de estos gradientes de diversidad, con débiles influencias de las propiedades edáficas, incluido el pH del suelo. Los gradientes en la diversidad microbiana se correlacionaron fuertemente con las actividades de las enzimas involucradas en el ciclo de la materia orgánica, y fueron acompañados por una transición en los rasgos microbianos hacia taxones oligotróficos decrecimiento más lento en elevaciones más altas. Proporcionamos la primera evidencia de patrones coordinados impulsadospor la temperatura en la diversidad y distribución de tres grupos bióticos principales en los ecosistemas tropicales: bacterias del suelo, hongos y plantas. Estos hallazgos sugieren que los patrones interrelacionados y fundamentales de las comunidades vegetales y microbianas con impulsores ambientales compartidos ocurren a través de las escalas del paisaje. Estos patrones se revelan donde el pH del suelo es relativamente constante y tienen implicaciones para las comunidades de bosques tropicales bajo el cambio climático futuro.

Files

ecy.2482.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ 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
md5:824ed9efb5a9e6f955b121f51575a468
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تتبع الميكروبات هومبولت: درجة الحرارة تدفع أنماط التنوع الميكروبي للنباتات والتربة من الأمازون إلى جبال الأنديز
Translated title (French)
Les microbes suivent Humboldt : la température entraîne les modèles de diversité microbienne des plantes et des sols de l'Amazonie aux Andes
Translated title (Spanish)
Los microbios siguen a Humboldt: la temperatura impulsa los patrones de diversidad microbiana de las plantas y el suelo desde el Amazonas hasta los Andes

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2886585565
DOI
10.1002/ecy.2482

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Panama

References

  • https://openalex.org/W1493279345
  • https://openalex.org/W1543842230
  • https://openalex.org/W1819478958
  • https://openalex.org/W1891948122
  • https://openalex.org/W1979294747
  • https://openalex.org/W1979377485
  • https://openalex.org/W1985361258
  • https://openalex.org/W1985544238
  • https://openalex.org/W1994000771
  • https://openalex.org/W2006261950
  • https://openalex.org/W2008238643
  • https://openalex.org/W2008312527
  • https://openalex.org/W2009906332
  • https://openalex.org/W2016385695
  • https://openalex.org/W2016473919
  • https://openalex.org/W2022166809
  • https://openalex.org/W2023033196
  • https://openalex.org/W2029207056
  • https://openalex.org/W2030000987
  • https://openalex.org/W2037924950
  • https://openalex.org/W2040459821
  • https://openalex.org/W2047618390
  • https://openalex.org/W2051707213
  • https://openalex.org/W2052648234
  • https://openalex.org/W2061177996
  • https://openalex.org/W2063924843
  • https://openalex.org/W2085958776
  • https://openalex.org/W2093228682
  • https://openalex.org/W2097665978
  • https://openalex.org/W2101770184
  • https://openalex.org/W2102319558
  • https://openalex.org/W2103209538
  • https://openalex.org/W2116357239
  • https://openalex.org/W2118001436
  • https://openalex.org/W2120446449
  • https://openalex.org/W2123388186
  • https://openalex.org/W2125027496
  • https://openalex.org/W2127657288
  • https://openalex.org/W2130558535
  • https://openalex.org/W2130876847
  • https://openalex.org/W2131903100
  • https://openalex.org/W2134027504
  • https://openalex.org/W2145458268
  • https://openalex.org/W2145840889
  • https://openalex.org/W2150540297
  • https://openalex.org/W2152885278
  • https://openalex.org/W2154026962
  • https://openalex.org/W2154736508
  • https://openalex.org/W2159593578
  • https://openalex.org/W2160762717
  • https://openalex.org/W2161694384
  • https://openalex.org/W2161832537
  • https://openalex.org/W2164182194
  • https://openalex.org/W2165104590
  • https://openalex.org/W2190173930
  • https://openalex.org/W2291505329
  • https://openalex.org/W2323123718
  • https://openalex.org/W2464495761
  • https://openalex.org/W2553870754
  • https://openalex.org/W2564525534
  • https://openalex.org/W2574555284
  • https://openalex.org/W2578172153
  • https://openalex.org/W2606419116
  • https://openalex.org/W2607086757
  • https://openalex.org/W2608552913
  • https://openalex.org/W2611406926
  • https://openalex.org/W2620979165
  • https://openalex.org/W2751211881
  • https://openalex.org/W2761640534
  • https://openalex.org/W2784390711
  • https://openalex.org/W580471159