Overgeneralization and a lack of baseline data for microorganisms in high-latitude environments have restricted the understanding of the microbial response to climate change, which is needed to establish Antarctic conservation frameworks. To bridge this gap, we examined over 17,000 sequence variants of bacteria and microeukarya across the hyperarid Vestfold Hills and Windmill Islands regions of eastern Antarctica. Using an extended gradient forest model, we quantified multispecies response to variations along 79 edaphic gradients to explore the effects of change and wind-driven dispersal on community dynamics under projected warming trends. We also analyzed a second set of soil community data from the Windmill Islands to test our predictions of major environmental tipping points. Soil moisture was the most robust predictor for shaping the regional soil microbiome; the highest rates of compositional turnover occurred at 10-12% soil moisture threshold for photoautotrophs, such as Cyanobacteria, Chlorophyta, and Ochrophyta. Dust profiles revealed a high dispersal propensity for Chlamydomonas, a microalga, and higher biomass was detected at trafficked research stations. This could signal the potential for algal blooms and increased nonendemic species dispersal as human activities increase in the region. Predicted increases in moisture availability on the Windmill Islands were accompanied by high photoautotroph abundances. Abundances of rare oligotrophic taxa, such as Eremiobacterota and Candidatus Dormibacterota, which play a crucial role in atmospheric chemosynthesis, declined over time. That photosynthetic taxa increased as soil moisture increased under a warming scenario suggests the potential for competition between primary production strategies and thus a more biotically driven ecosystem should the climate become milder. Better understanding of environmental triggers will aid conservation efforts, and it is crucial that long-term monitoring of our study sites be established for the protection of Antarctic desert ecosystems. Furthermore, the successful implementation of an improved gradient forest model presents an exciting opportunity to broaden its use on microbial systems globally.
Efectos del incremento de la humedad del suelo sobre los ecosistemas microbianos del desierto antártico Resumen La sobre generalización y la falta de datos de línea base de los microorganismos en los ambientes de latitudes elevadas han limitado el conocimiento de la respuesta microbiana al cambio climático, la cual es necesaria para establecer marcos de conservación en la Antártida. Para cerrar esta brecha analizamos más de 17,000 variantes de secuencias de bacterias y micro eucariontes de las regiones híper‐áridas de las Colinas Vestfold y las Islas Windmill en el este de la Antártida. Usamos un modelo de gradiente de bosque extendido para cuantificar la respuesta de múltiples especies a la variación de 79 gradientes edáficos y así explorar los efectos del cambio y la dispersión eólica sobre las dinámicas comunitarias bajo las tendencias proyectadas de calentamiento. También analizamos un segundo conjunto de datos de la comunidad del suelo de las Islas Windmill para probar nuestras predicciones de los principales puntos de inflexión ambiental. La humedad del suelo fue el pronóstico más sólido para la composición del microbioma del suelo regional; las tasas más altas de rotación composicional ocurrieron con el 10‐12% de humedad del suelo para los fotoautótrofos, como Cyanobacteria, Chlorophyta, y Ochrophyta. Los perfiles de polvo revelaron una alta tendencia de dispersión para Chlamydomonas, una microalga, y detectamos una biomasa más alta en las estaciones de investigación con tráfico. Esto podría significar un potencial para el brote de algas y un incremento en la dispersión de especies no endémicas conforme las actividades humanas incrementan en la región. El incremento pronosticado de la humedad disponible en las Islas Windmill estuvo acompañado de una abundancia elevada de fotoautótrofos. Hubo una declinación con el tiempo en la abundancia de taxones raros, como Eremiobacterota y Ca. Dormibacterota, las cuales tienen un papel importante en la síntesis química de la atmósfera. Que exista un incremento de taxones fotosintéticos junto con el incremento de la humedad del suelo bajo un escenario de calentamiento sugiere un potencial de competencia entre las estrategias primarias de producción, y por lo tanto un ecosistema con más factores bióticos, si es que el clima se vuelve más templado. Un mejor entendimiento de los detonadores ambientales ayudará a los esfuerzos de conservación, además que es importante que se establezca el monitoreo a largo plazo de nuestros sitios de estudio para la protección de los ecosistemas del desierto de la Antártida. Más aún, la implementación exitosa de un modelo de gradiente de bosque mejorado representa una oportunidad emocionante para ampliar su uso en los sistemas microbianos de mundo.
Keywords: Antarctica; Antártida; cambio climático; climate change; conservación; conservation; dispersal; dispersión; microbioma del suelo; rotación espacial; soil microbiome; spatial turnover.
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