FLORIDA: Iklim perubahan, degradasi habitat, dan perubahan lingkungan yang disebabkan oleh manusia lainnya menempatkan organisme di seluruh dunia di bawah tekanan yang belum pernah terjadi sebelumnya. Memprediksi dan mengurangi dampak stres yang meningkat pada organisme dan jasa lingkungan yang kita andalkan melibatkan pengetahuan mengapa beberapa spesies dapat hidup dalam berbagai kondisi sementara yang lain hanya dapat hidup dalam beberapa kondisi.
Dalam bidang ilmiah ekologi, para peneliti sering mencoba mengkategorikan organisme di planet kita menjadi dua kelompok: spesialis dan generalis. Spesialis lebih terbatas atau terbatas pada persyaratan khusus untuk bertahan hidup, sedangkan generalis dapat berkembang dalam berbagai kondisi lingkungan dan habitat. Beruang panda, misalnya, hanya makan bambu di habitat aslinya. Tidak hanya jangkauan geografis mereka yang terbatas, tetapi juga pola makan mereka; jika tanaman bambu punah, beruang panda juga bisa punah.
Tapi bagaimana dengan dunia mikroskopis tersembunyi yang ada di mana-mana di Bumi, dari usus manusia hingga bumi di bawah kaki kita? Mereka termasuk kategori yang mana?
Untuk menemukan jawabannya, sekelompok mahasiswa pascasarjana dan pascadoktoral di laboratorium biologi profesor Michelle Afkhami di University of Miami College of Arts and Sciences mempelajari urutan DNA prokariota, sekelompok mikroba yang mencakup semua bakteri dan archaea. Temuan tersebut ada dalam penelitian terbaru berjudul, “Multidimensional specialization and generalization are pervasive in tanah prokariota,” sekarang tersedia di jurnal Nature Ecology & Evolution.
“Gagasan di balik proyek ini adalah untuk mengetahui apakah mikroba ini dapat hidup dalam rentang kondisi yang sempit atau luas di sepanjang banyak dimensi lingkungan yang berbeda,” kata Damian Hernandez, mantan mahasiswa pascasarjana di lab Afkhami yang sekarang menjadi mahasiswa pascadoktoral yang mempersiapkan studi biologi. persekutuan dengan Nasional Sains Dasar. “Secara khusus, kami ingin mengetahui apakah mikroba biasanya adalah spesialis multidimensi, generalis multidimensi, atau menggunakan strategi yang berbeda pada dimensi lingkungan yang berbeda—dan apa pengaruhnya terhadap peran mereka dalam komunitas.
“Dimensi lingkungan yang kami gunakan untuk menentukan apakah mikroba itu generalis atau spesialis didasarkan pada beberapa kondisi lingkungan di tanah tempat mereka hidup, misalnya serasah daun, suhu, air, dan nutrisi,” tambahnya.
Dalam upaya kolaboratif selama dua tahun, tim siswa menganalisis lebih dari 200 sampel tanah yang dikumpulkan oleh National Ecological Observatory Network dari situs di seluruh Amerika Serikat. Dari lebih dari 1.200 prokariota yang diperiksa, Hernandez dan tim menemukan sesuatu yang cukup mengejutkan. Mereka menemukan bahwa mayoritas (90 persen) mikroba adalah generalis multidimensi atau spesialis multidimensi.
Pada dasarnya, jika mikroba adalah generalis di satu sumbu lingkungan, ia hampir selalu generalis di semua sumbu lainnya; dan jika ia adalah seorang spesialis pada satu sumbu lingkungan, ia mengkhususkan diri pada semua sumbu. Selain memberikan wawasan penting tentang bagaimana komunitas mikroba disusun, penemuan ini memberikan beberapa bukti pertama untuk spesialisasi dan generalisasi multidimensi dalam semua jenis organisme.
“Kami menemukan bahwa mikroba bisa sangat terbatas di mana mereka bisa hidup,” kata Hernandez, yang merupakan penulis pertama studi tersebut. “Mikroba generalis sangat fleksibel dan dapat bertahan dalam berbagai kondisi yang lebih luas. Tetapi mikroba spesialis peka terhadap banyak kondisi lingkungan yang berbeda karena mereka dibatasi pada beberapa sumbu lingkungan dan dengan demikian setiap perubahan lingkungan dapat menghambat kelangsungan hidup mereka.
“Hipotesisnya, jika suatu ekosistem disusun oleh mikroba yang spesialis, maka ekosistem tersebut lebih cenderung sensitif terhadap perubahan lingkungan,” katanya.
Afkhami menegaskan bahwa temuan tersebut menghadirkan argumen menarik tentang bagaimana mikroba dapat bertahan hidup di iklim yang berubah.
“Seperti yang kami pelajari dari penelitian ini, mikroba yang bersifat generalis dapat hidup di berbagai habitat, dan ini dapat berarti bahwa mikroba tersebut mungkin tahan terhadap perubahan iklim atau fragmentasi habitat karena mereka cenderung mentolerir perubahan kondisi lingkungan. Mereka juga sangat dominan dalam komunitas mikroba,” katanya.
Sebaliknya, tim menemukan bahwa mikroba spesialis sangat rentan terhadap perubahan lingkungan. Mikroba yang dikategorikan sebagai spesialis juga tampaknya menjadi “pengatur komunitas” yang penting karena fungsinya yang tinggi dalam dunia mikroba. Misalnya, tim peneliti menemukan bahwa mikroba spesialis lebih mungkin menjadi mikroba yang dapat mendorong pertumbuhan tanaman, mendetoksifikasi tanah, mencerna karbon kompleks di dalam tanah, dan menambahkan nutrisi ke dalam tanah.
“Ini sangat memprihatinkan karena apa yang juga kami pelajari dalam penelitian ini adalah bahwa spesialis mikroba sangat terhubung dalam jaringan mikroba dan dapat dianggap sebagai spesies kunci untuk menjaga dan mendorong keragaman dan fungsi mikrobioma,” kata Afkhami. “Dalam penelitian ini, kita dapat mulai memahami—dalam arti yang lebih luas dalam komunitas mikrobiom—beberapa fungsi biologis mereka, peran mereka dalam komunitas mikroba, dan bagaimana mereka akan merespons perubahan global di planet ini.”
Dalam bidang ilmiah ekologi, para peneliti sering mencoba mengkategorikan organisme di planet kita menjadi dua kelompok: spesialis dan generalis. Spesialis lebih terbatas atau terbatas pada persyaratan khusus untuk bertahan hidup, sedangkan generalis dapat berkembang dalam berbagai kondisi lingkungan dan habitat. Beruang panda, misalnya, hanya makan bambu di habitat aslinya. Tidak hanya jangkauan geografis mereka yang terbatas, tetapi juga pola makan mereka; jika tanaman bambu punah, beruang panda juga bisa punah.
Tapi bagaimana dengan dunia mikroskopis tersembunyi yang ada di mana-mana di Bumi, dari usus manusia hingga bumi di bawah kaki kita? Mereka termasuk kategori yang mana?
Untuk menemukan jawabannya, sekelompok mahasiswa pascasarjana dan pascadoktoral di laboratorium biologi profesor Michelle Afkhami di University of Miami College of Arts and Sciences mempelajari urutan DNA prokariota, sekelompok mikroba yang mencakup semua bakteri dan archaea. Temuan tersebut ada dalam penelitian terbaru berjudul, “Multidimensional specialization and generalization are pervasive in tanah prokariota,” sekarang tersedia di jurnal Nature Ecology & Evolution.
“Gagasan di balik proyek ini adalah untuk mengetahui apakah mikroba ini dapat hidup dalam rentang kondisi yang sempit atau luas di sepanjang banyak dimensi lingkungan yang berbeda,” kata Damian Hernandez, mantan mahasiswa pascasarjana di lab Afkhami yang sekarang menjadi mahasiswa pascadoktoral yang mempersiapkan studi biologi. persekutuan dengan Nasional Sains Dasar. “Secara khusus, kami ingin mengetahui apakah mikroba biasanya adalah spesialis multidimensi, generalis multidimensi, atau menggunakan strategi yang berbeda pada dimensi lingkungan yang berbeda—dan apa pengaruhnya terhadap peran mereka dalam komunitas.
“Dimensi lingkungan yang kami gunakan untuk menentukan apakah mikroba itu generalis atau spesialis didasarkan pada beberapa kondisi lingkungan di tanah tempat mereka hidup, misalnya serasah daun, suhu, air, dan nutrisi,” tambahnya.
Dalam upaya kolaboratif selama dua tahun, tim siswa menganalisis lebih dari 200 sampel tanah yang dikumpulkan oleh National Ecological Observatory Network dari situs di seluruh Amerika Serikat. Dari lebih dari 1.200 prokariota yang diperiksa, Hernandez dan tim menemukan sesuatu yang cukup mengejutkan. Mereka menemukan bahwa mayoritas (90 persen) mikroba adalah generalis multidimensi atau spesialis multidimensi.
Pada dasarnya, jika mikroba adalah generalis di satu sumbu lingkungan, ia hampir selalu generalis di semua sumbu lainnya; dan jika ia adalah seorang spesialis pada satu sumbu lingkungan, ia mengkhususkan diri pada semua sumbu. Selain memberikan wawasan penting tentang bagaimana komunitas mikroba disusun, penemuan ini memberikan beberapa bukti pertama untuk spesialisasi dan generalisasi multidimensi dalam semua jenis organisme.
“Kami menemukan bahwa mikroba bisa sangat terbatas di mana mereka bisa hidup,” kata Hernandez, yang merupakan penulis pertama studi tersebut. “Mikroba generalis sangat fleksibel dan dapat bertahan dalam berbagai kondisi yang lebih luas. Tetapi mikroba spesialis peka terhadap banyak kondisi lingkungan yang berbeda karena mereka dibatasi pada beberapa sumbu lingkungan dan dengan demikian setiap perubahan lingkungan dapat menghambat kelangsungan hidup mereka.
“Hipotesisnya, jika suatu ekosistem disusun oleh mikroba yang spesialis, maka ekosistem tersebut lebih cenderung sensitif terhadap perubahan lingkungan,” katanya.
Afkhami menegaskan bahwa temuan tersebut menghadirkan argumen menarik tentang bagaimana mikroba dapat bertahan hidup di iklim yang berubah.
“Seperti yang kami pelajari dari penelitian ini, mikroba yang bersifat generalis dapat hidup di berbagai habitat, dan ini dapat berarti bahwa mikroba tersebut mungkin tahan terhadap perubahan iklim atau fragmentasi habitat karena mereka cenderung mentolerir perubahan kondisi lingkungan. Mereka juga sangat dominan dalam komunitas mikroba,” katanya.
Sebaliknya, tim menemukan bahwa mikroba spesialis sangat rentan terhadap perubahan lingkungan. Mikroba yang dikategorikan sebagai spesialis juga tampaknya menjadi “pengatur komunitas” yang penting karena fungsinya yang tinggi dalam dunia mikroba. Misalnya, tim peneliti menemukan bahwa mikroba spesialis lebih mungkin menjadi mikroba yang dapat mendorong pertumbuhan tanaman, mendetoksifikasi tanah, mencerna karbon kompleks di dalam tanah, dan menambahkan nutrisi ke dalam tanah.
“Ini sangat memprihatinkan karena apa yang juga kami pelajari dalam penelitian ini adalah bahwa spesialis mikroba sangat terhubung dalam jaringan mikroba dan dapat dianggap sebagai spesies kunci untuk menjaga dan mendorong keragaman dan fungsi mikrobioma,” kata Afkhami. “Dalam penelitian ini, kita dapat mulai memahami—dalam arti yang lebih luas dalam komunitas mikrobiom—beberapa fungsi biologis mereka, peran mereka dalam komunitas mikroba, dan bagaimana mereka akan merespons perubahan global di planet ini.”
