Vorhersage, wie Biodiversität Krankheit beeinflusst
Behind the Scenes Artikel wurde Live Science in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.
In der Ökologie, wie in vielen wissenschaftlichen Bereichen wie Forscher entwickeln allgemeine Regeln zu erklären, warum bestimmte Dinge in der Natur vorkommen und Vorhersagen zu treffen. Die Realität ist jedoch oft komplizierter. Beispielsweise wenn Sie versuchen zu verstehen, "Gemeinschaften" Arten, die biologische Systeme bilden, allgemeine Regeln immer gelten nicht.
Die Einzigartigkeit der Gemeinschaften
"Prädiktive Rahmen oft systemspezifisch, sein", sagt Lisa Belden, eine Gemeinschaft-Ökologe, der in erster Linie Krankheit Ökologie untersucht. "Wenn wir Vorhersagen über das geschehen in einem natürlichen System geschehen, wie wir Arten verlieren wollen, müssen wir die Naturgeschichte der Organismen zu verstehen, die dort, die Rollen Leben der einzelnen Arten innerhalb der Gemeinschaft und die Art und Weise dieser Arten interagieren. Jedes System zu verstehen ist wichtig." [Bilder: vom Aussterben bedrohte Arten der "Roten Liste"]
Belden, Associate Professor für Biologie an der Virginia Polytechnic Institute and State University (Virginia Tech), forscht zwei solcher bestimmte Systeme im Zusammenhang mit der ökologischen Interaktionen, die Krankheit zu beeinflussen. Ziel ist es, besser zu verstehen, wie Veränderungen der Biodiversität, insbesondere Artenverlust, Krankheit Ergebnis auswirken.
Auswirkungen auf den Menschen
Dies ist besonders wichtig in Bezug auf Krankheit, weil "wir immer mehr zoonotische Krankheitsausbrüche jedes Jahr wo Krankheitserreger von anderen Tieren auf den Menschen bewegen sehen" Belden sagt. "Die Leute sagen: Woher kam das? Immer mehr Menschen sind mit wilden Tieren interagieren, und wenn wir die Tierwelt-Komponente nicht verstehen, wir können nicht verstehen, die menschliche Komponente – wir nicht in der Lage, diese Teile zusammen, um diese Erreger zu kontrollieren und ihre Auswirkungen auf die Menschen zu begrenzen. "
Eines ihrer Projekte beinhaltet den komplizierten Lebenszyklus von Süßwasser Trematoden, eine vielfältige Reihe von parasitischen Plattwürmern, die in der Regel drei Wirte infizieren – manchmal einschließlich des Menschen – im Rahmen ihrer reproduktiven Lebensdauer. Ihre zweite Studie untersucht die Rolle der symbiotischen Haut Mikroben bei der Verhinderung von Amphibien Infektion durch Chytrid, eine Lethalfungus, die viele Amphibienpopulationen zum Aussterben getrieben hat.
Die National Science Foundation (NSF) finanziert beide Projekte mit Zuschüssen in Höhe von $ 1,5 Millionen.
Die Bedeutung der Wechselwirkungen
"Historisch, wir haben betrachtet Krankheit vom denken, in erster Linie, das eines Organismus, ein Erreger oder Parasiten, die bewirkt, dass Krankheit und ein Host, der wird es, vor allem aus menschlicher Sicht," sagt sie. "Aber in letzter Zeit habe es uns bewusst, dass Interaktionen auf der Host und der Erreger sind komplizierter und Umweltfaktoren auch wichtig sein können."
Beide Studien Fragen wie "Struktur der Gemeinschaft" die Funktion des biologischen Systems mit Gemeinschaftsstruktur definiert als die relative Häufigkeiten der verschiedenen Tierarten im System bewirkt. "Wie Sie, Arten von Gemeinden anfangen, was passiert mit der Funktion der Gemeinschaften?" sagt sie.
Mit Amphibien "Wir wissen bereits, dass einige dieser Haut Bakterien zur Herstellung von Anti-Pilz-Verbindungen, gute Arbeit zu leisten", sagt zum Beispiel, sie. "Diese sind natürlich vorkommende Bakterien auf die Amphibien, aber wir wissen nicht, wie sie sie bekommen. Wir wissen nicht, ob sie aus der Umgebung stammen, oder ob sie vom Frosch, Frosch übergeben werden. Was wir sicher wissen ist, dass diese Bakterien antimykotische Substanzen produzieren und das Wachstum von Chytrid fUngus hemmen können."
Also, bei der Untersuchung dieser bakteriellen Gemeinschaften, "Wir sind interessiert an Krankheit Widerstand Funktion," fügt sie hinzu. "Ist die Funktion auf das Vorhandensein von einem bestimmten [] Bakterienarten auf der Haut des Frosches verbunden? Was passiert, wenn Sie die Arten verlieren? Verlieren Sie die Funktion?"
Wie hilft Vielfalt?
Alternativ könnte Vielfalt an und für sich schützende, das heißt, "die Tatsache, dass Sie eine Menge Arten vorhanden und Interaktion auf der Haut, oder die Tatsache, dass sie alle Platz nehmen und andere Dinge kommen in blockieren," sagt sie. "Was Materie würde In diesem Fall ist der Gesamtschaden von Arten — nicht der Verlust einer bestimmten Art. "Es könnte sein, dass diese Antimykotika Verbindungen von vielen Arten hergestellt werden."
Interessanterweise, parallelen ihrer Forschung wissenschaftliche Interesse an der menschlichen Mikrobiom, wo Studien untersuchen wie natürlich vorkommende Bakterien zahlreiche Aspekte der menschlichen Gesundheit bewirken. "Das Mikrobiom bringt in diesem neuen Zeitalter wie denken wir über Medizin,", sagt sie. "Es ist interessant, wie diese Forschung zusammen kommt und wie wir anfangen zu denken, der Humanmedizin in diesem breiteren Rahmen der Interaktion Arten mit einander, und die Rolle der mikrobiellen Passagiere."
Experimentieren, um Interaktionen zu identifizieren
Ihre Experimente umfassen drei verschiedene Arten von Amphibien, den Pilz auszusetzen, nachdem die Forscher die Bakterienpopulationen auf ihrer Haut befragt haben. "Die Idee ist zu sehen, was passiert, und verfolgen Sie die Struktur und Funktion dieser mikrobiellen Gemeinschaften", sagt sie. Letztlich, "eines der Dinge, die wir erhoffen, zu einem bestimmten Zeitpunkt gefährdete Amphibien mit Probiotika, haben eine bessere Verteidigung gegen Chytridzu behandeln", sagt sie.
Mit der Plattwürmer sucht Belden Team ähnliche Fragen in Bezug auf verschiedene Arten innerhalb der komplexen Gemeinschaften wo sie Leben haben Auswirkungen auf ihre Lebenszyklen, zum Beispiel, was passiert, wenn ein Raubtier potenzielle Gastgeber des Parasiten Lebenszyklus verbraucht.
"sie haben drei Hosts, und alle müssen vorliegen für Parasiten auf ihren Lebenszyklus zu vervollständigen", erklärt sie. "Zuerst gibt es die Erwachsenen Wurm, der sich in einem Wirbeltier Darm reproduziert – oft eine Bisamratte oder Ente für die Parasiten, die wir untersuchen. Die Eizellen werden im Kot. Sie müssen dann in einem aquatischen Schnecke gehen wo sie asexually reproduzieren. Sie verbrauchen die Keimdrüsen der Schnecke, so dass die Schnecke nicht reproduzieren kann-sie übernehmen die Schnecke, wie die Invasion des Körpers Snatchers. Dann gibt es eine weitere Etappe der freilebenden Parasiten, die einen anderen Rechner zu infizieren, muss — eine andere Schnecke oder eine Kaulquappe – wo sie bilden eine kleine Zyste und dort sitzen bis die Schnecke oder Kaulquappe, wird von einem anderen Bisamratte oder eine Ente verbraucht. Dann werden sie Erwachsenen Würmer, und es beginnt von neuem."
Belden ist daran interessiert, was passiert, wenn Raubtiere vorliegen, die es vorziehen um zu konsumieren, eine Art von Zwischenwirt, oder was passiert, wenn die Fülle an verfügbaren Hosts ändern in das System, das ist wahrscheinlich aufzutreten, da insgesamt Biodiversität abnimmt.
"Wie diese Arten Interaktionen Krankheitsverläufe für nachfolgende Hosts beeinflussen?", sagt sie. "Diese Interaktionen und die Übertragung des Parasiten von einem Host auf den nächsten hängt, die im System vorhanden ist. Alle Räuber und potenziellen Wirtsarten möglicherweise unterschiedliche Auswirkungen auf diese komplexen Lebenszyklus so verständnisvoll ökologische Wechselwirkungen und Kontext ist wichtig, um vorherzusagen, wie Änderungen an Systemen, wie Verlust der biologischen Vielfalt, zu verändern, die infiziert wird und mit wie vielen Parasiten."
Nachahmung der Natur
Ihr Forschungsteam ist Erhöhung der Erwachsenen Plattwürmer, imitiert die natürliche Bedingungen und dann ändern diese Bedingungen zu sehen, was passiert.
"Wir können tatsächlich mit allen Lebensstadien arbeiten und den Lebenszyklus in Experimenten manipulieren können," sagt sie. "Wir verwenden Vieh Tränken Panzer, Einrichten von 1.000 Liter, die Teiche außerhalb, groß genug, um realistische dichten von Organismen zu bekommen sind. Wir können Steuerelemente einrichten und reale Experimente, z. B. in Raubtiere hinzufügen oder Bearbeiten von der Dichte der Gastgeber zu tun. "Wir erwarten, dass als Biodiversität abnimmt, werden Änderungen in der Fülle der Arten, die übrig sind."
Großen Herausforderungen der Zukunft
Darüber hinaus Krankheit Ökologie glaubt sie, dass die Frage der Verlust der biologischen Vielfalt eine übergreifende auf fast allen Systemen auswirken wird, die Gesellschaft abhängt.
"Es gibt so viele gleichzeitige Änderungen, die wir versuchen zu verstehen," sagt sie, unter Berufung auf Klimawandel und Umweltverschmutzung als Beispiele. "Diese natürliche Systeme und die Arten, die in ihnen, und die Rollen und Interaktionen dieser Arten Leben zu verstehen ist sehr wichtig, weil wir den Herausforderungen der Biodiversität Verlust und Klimawandel." Das sind große Herausforderungen, und wenn wir die Auswirkungen zu mildern wollen, wir müssen verstehen, was sich verändert hat. Wir nicht, wenn wir die Systeme zu verstehen."
Anmerkung der Redaktion: Die Forscher in Behind the Scenes Artikel dargestellt wurden unterstützt durch die National Science Foundation , die Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Siehe die hinter die Kulissen-Archiv.