The effects of local, catchment and climatic factors on the reliability of microbial bioindicators: diatoms in fluvial ecosystems

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2944-4
Title: The effects of local, catchment and climatic factors on the reliability of microbial bioindicators: diatoms in fluvial ecosystems
Author: Pajunen, Virpi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Geosciences and Geography
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The ongoing climate change and increasing anthropogenic pressure threaten the biodiversity on Earth. Elevated temperatures, changes in precipitation and intensive land use alter ecosystems and such changes are prone to escalate in the northern regions, especially in freshwater ecosystems. Information about the effects of climate on the distributional patterns of diverse aquatic micro-organisms has yet largely been lacking. This is a drawback as microbial species in freshwaters play crucial roles in ecosystem functioning as well as in environmental monitoring. Thus, it is necessary to disentangle the main drivers of microbial species distributions in order to predict the responses of freshwater communities to future environmental change and to ensure the accurate determination of the ecological status of ecosystems. This doctoral thesis aims to investigate the relative roles of climate, catchment properties and local environmental factors in the occurrence of the important freshwater micro-organisms both at species and community levels. This study, conducted at a regional scale (c. 1000 km), concentrates on unicellular stream diatoms, which are widely used in biomonitoring. The results showed that climatic factors are important drivers of stream diatom distributions and their influence may even outcompete the effects of local environmental variables. However, the relative importance of the factors governing diatom distributions varied along the anthropogenic land use gradient and among species. Climate was the main driver of species distributions in pristine environments, whereas local environment was more important in human impacted streams. Diatom assemblages were also found to be reliable predictors of both climatic and local environmental factors indicating their robustness as environmental proxies and bioindicators. This thesis contributes to the spatial research of aquatic micro-organisms as it brings a novel evidence of the biogeographical patterns of microbial species. This study revealed that climate, one of the fundamental drivers of species distributions on Earth, governs also the occurrences and abundances of stream diatoms even at regional scales. However, it is important to acknowledge that the effects of the most essential factors influencing diatom species may be context dependent and vary along the anthropogenic land use gradient. The ongoing climatic and subsequent environmental change may further complicate the species responses towards environmental factors. From an applied perspective, this study confirmed the reliability of stream diatom assemblages as bioindicators. However, diatom responses towards novel environmental conditions need to be reevaluated to assure their accuracy also in the future.Ilmastonmuutos ja lisääntyvä maankäyttö uhkaavat vesiekosysteemien monimuotoisuutta. Vaikutukset korostuvat etenkin pohjoisilla alueilla ja makeiden vesien ekosysteemeissä. Ilmaston merkityksestä vesiekosysteemeissä runsaslajisina elävien mikrobien levinneisyyteen on toistaiseksi ollut saatavilla vain vähän tutkimustietoa. Tämä on selvä puute, sillä mikrobeilla on tärkeä rooli vesiekosysteemien toiminnassa ja ne ovat tärkeitä vedenlaadun indikaattoreita biologisissa seurannoissa. Siksi onkin tärkeää selvittää mikrobien levinneisyyteen vaikuttavia tekijöitä, jotta pystyttäisiin ennustamaan ilmastonmuutoksen vaikutuksia vesiekosysteemeissä ja turvata vesistöjen tilan luotettava arviointi. Väitöskirjassani tutkin ilmaston, valuma-alueen ja paikallisten ympäristötekijöiden merkitystä mikrobien levinneisyyteen virtavesissä sekä laji- että yhteisötasolla. Tutkimus toteutettiin koko Suomen mittakaavalla (noin 1000 km) tutkimalla virtavesissä eläviä yksisoluisia piileviä, joita käytetään vedenlaadun indikaattoreina. Tutkimus osoitti, että ilmastotekijät vaikuttavat yksittäisten piilevälajien levinneisyyteen jopa Suomen mittakaavalla ja ilmaston vaikutus voi olla osittain voimakkaampi kuin paikallisten ympäristömuuttujien. Piilevien vasteet eri ympäristömuuttujiin vaihtelivat kuitenkin maankäytön määrän mukaan ja eri lajien välillä: ilmasto oli merkittävämpi tekijä piilevien levinneisyydelle luonnontilaisilla paikoilla, kun taas paikallisten ympäristötekijöiden merkitys korostui ihmisvaikutuksen alaisilla paikoilla. Tutkimuksella on suuri merkitys yksisoluisten vesieliöiden alueelliselle tutkimukselle, sillä se osoitti, että ilmasto ohjaa myös mikroskooppisten eliöiden levinneisyyttä. On kuitenkin tärkeää tiedostaa, että myös ihmistoiminta vaikuttaa piilevien levinneisyyteen ja yhteisörakenteeseen. Näin ollen ilmaston ja ympäristötekijöiden suhteellinen merkitys piileville vaihtelee ihmistoiminnan myötä, mikä hankaloittaa muuttuvien olosuhteiden vaikutusten arviointia vesiekosysteemeissä tulevaisuudessa. Tutkimus osoitti, että piileväyhteisöjen avulla pystytään ennustamaan luotettavasti ilmasto-olosuhteita ja paikallisia ympäristötekijöitä. Osa lajeista reagoi voimakkaammin ilmastomuuttujiin kuin vesikemiaan, joten näiden lajien indikaatiokykyä vedenlaadun suhteen tulee arvioida uudelleen. Bioindikaattorien luotettavuuden varmistamiseksi tulisi luoda eri maantieteellisille alueille omat indeksit, joissa myös ilmastotekijät olisi otettu huomioon. Tutkimuksessa käytetyt regressiopuumenetelmät ovat tehokkaita ja luotettavia työkaluja indeksien luomiseen.
URI: URN:ISBN:978-951-51-2944-4
http://hdl.handle.net/10138/232322
Date: 2018-03-02
Subject:
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Pajunen_Thesis.pdf 10.28Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record