Bacterioplankton is characterized by high diversity, short generation times and rapid turnover. Despite their small size, these numerous microorganisms are a fundamental piece of aquatic ecosystems by channeling carbon to higher trophic levels through dissolved organic matter utilization. Yet, several gaps remain in our knowledge and understanding of bacterioplankton populations regarding detailed temporal dynamics, and mechanisms determining biogeographical patterns and potential responses to climate change. The aim of this thesis was to examine responses in bacterioplankton community composition and function when challenged by natural and anthropogenically-induced change in environmental conditions. High temporal resolution analysis of bacterioplankton population dynamics in the Baltic Sea indicated detailed seasonal responses. It also showed a similar but wide spectrum of niche differentiation patterns within several major bacterial groups. Analysis of geographic distributions of marine bacterial populations revealed bimodal occupancy-frequency patterns in bacterial communities, indicating that the presence of many locally rare taxa along with a few locally abundant taxa were explained by stochastic variation in colonization and extinction rates. Experimental manipulations with natural marine bacterioplankton assemblages revealed both specialist and generalist strategies in utilizing specific dissolved organic carbon compounds. When subjected to experimentally increased sea surface temperatures, lowered pH and additions of terrigenous carbon, some populations decreased in relative abundance while others were stable; concomitantly, many populations increased in relative abundance. Shifts in bacterial community composition were shown to correlate with changes in community functioning, but detection of such correlations depended largely on the detail of phylogenetic analysis and successional stage of the communities. The results in this thesis suggest that both natural and anthropogenically-induced changes in environmental conditions promote simultaneous adjustment and replacement of bacterial populations tightly linked with metabolic plasticity. These trade-offs play a significant role for understanding the relationship between bacterioplankton population dynamics and potential shifts in carbon cycling properties. We also show the importance of regional effects in shaping bacterial community composition, crucial for interpreting bacterioplankton distribution patterns. In conclusion, this thesis emphasizes the critical importance of connecting analysis of bacterioplankton population dynamics with examination of ecological mechanisms to improve our understanding of factors that regulate the distribution and activity of distinct bacterioplankton populations. / Hälften av all fotosyntes på vår planet utförs av växtplankton. De producerar organiskt material som utgör grunden för näringskedjan i havet. Ungefär hälften av det organiska material som produceras av växtplankton utnyttjas inte direkt, utan omsätts istället av bakterieplankton som lever och växer fritt i vattenmassan eller på olika partiklar. Bakterieplankton spelar därmed en nyckelroll i ekosystemet genom sin konsumtion av organiskt kol som för energi högre upp i näringskedjan. Trots deras nyckelroll i akvatiska miljöer vet vi fortfarande mycket lite om bakteriernas detaljerade säsongsmönster, mekanismer bakom rumsliga mönster och hur olika populationer kan komma att svara på klimatförändringar. Målet med denna avhandling var att undersöka hur specifika populationers dynamik och ekosystemfunktion påverkas av naturliga eller klimatorsakade förändringar i havsmiljön. Våra resultat av högupplöst säsongsbunden dynamik i Östersjöns bakteriesamhälle avslöjar en liknande bred uppdelning av ekologiska strategier inom varje större grupp av bakterier, både i relativ abundans och temporal fördelning. Utbredning i rum och tid av många lokalt ovanliga populationer jämfört med få lokalt vanliga populationer förklarades genom stokastisk variation i kolonisations- och utdöendehastigheter. Vidare tyder experimentella studier med tillsatser av olika kolkällor på att marina bakterier har olika ekologiska strategier, där populationer är specialister eller generalister i utnyttjandet av enskilda kolkällor. Med hjälp av experiment med naturliga bakteriesamhällen bekräftade vi tydliga temperatureffekter på bakteriesamhällets sammansättning, och en mindre effekt av lägre pH - som dock tillsammans med förhöjd temperatur bidrog till en tydlig synergistisk effekt på artsammansättningen. Ökad temperatur tillsammans med tillsats av terrestert kol gav också en stor effekt på bakteriesamhällets struktur och ekosystemfunktion och pekar på en potentiellt viktig påverkan av ökad framtida nederbörd och avrinning från vattendrag till havet. Samtliga tre experiment med fokus på klimatpåverkan bekräftade förekomsten av populationer som försvann eller minskade i relativ abundans vid klimatpåverkan (känslighet), medan andra var stabila (resistens). Samtidigt svarade många populationer positivt på klimatorsakade förändringar i havsmiljön och ökade i relativ abundans (respons) samtidigt som bakteriernas ekosystemfunktion påverkades positivt. Sammanfattningsvis visar denna avhandling att vissa nya bakteriepopulationer kan etablera sig och ersätta andra samtidigt som vissa befintliga populationer anpassar sin livsstrategi och ekologi till förändringar i havsmiljön. Vi visar också vikten av regionala effekter, d.v.s. kolonisation och utdöende, för bakteriesamhällets struktur, viktigt för tolkningen av biogeografiska mönster och den genomiska potentialen hos specifika populationer. Denna avhandling poängterar därmed betydelsen av att koppla studier av ekologiska mekanismer till både rumsliga och temporala spridningsmönster hos bakterier och till populationers kapacitet att svara på och anpassa sig till förändringar i havsmiljön.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:lnu-38712 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Lindh, Markus V. |
| Publisher | Linnéuniversitetet, Institutionen för biologi och miljö (BOM), Växjö |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Doctoral thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Linnaeus University Dissertations ; 204/2014 |
Page generated in 0.004 seconds