Opis projektu
Zrozumienie materii organicznej w glebie dzięki nauce złożonych systemów
Skład mikroorganizmów w materii organicznej w glebie odgrywa bardzo ważną rolę w obiegu węgla na Ziemi. Jednakże mechanizmy, które na niego wpływają, nie zostały jeszcze dobrze poznane. Twórcy finansowanego przez UE projektu SomSOM zbadają je z perspektywy teorii systemów złożonych. Według niej interakcje pomiędzy poszczególnymi jednostkami na poziomie mikro mogą prowadzić do „samodzielnej organizacji” na poziomie makro. W efekcie system przejmuje nowe cechy, które nie wynikają z cech osobniczych oddziaływujących na siebie jednostek. Jednakże jeśli systemy mikrobów-reducentów mają samodzielną organizację, mogą prezentować inne zachowanie niż można by przewidywać w zmieniających się warunkach środowiskowych. Badacze ustalą, czy rozkład materii organicznej za sprawą mikroorganizmów zachodzi pod wpływem samodzielnej organizacji, a także jak wpływa to na obieg węgla i azotu w glebie.
Cel
Microbial turnover of soil organic matter (SOM) is key for the terrestrial carbon (C) cycle. Its underlying mechanisms, however, are not fully understood. The role of soil microbes for organic matter turnover has so far been studied mainly from the point of view of microbial physiology, stoichiometry or community composition. I propose to shed new light on it from the perspective of complex systems science.
Microbial decomposition of organic matter requires the concerted action of functionally different microbes interacting with each other in a spatially structured environment. From complex systems theory, it is known that interactions among individuals at the microscale can lead to an ‘emergent’ system behavior, or ‘self-organisation’, at the macroscale, which adds a new quality to the system that cannot be derived from the traits of the interacting agents. Importantly, if microbial decomposer systems are self-organised, they may behave in a different way as currently assumed, especially under changing environmental conditions.
The aim of this project is thus to investigate i) if microbial decomposition of organic matter is driven by emergent behaviour, and ii) what consequences this has for soil C and nitrogen cycling. Combining state-of-the-art methods from soil biogeochemistry, microbial ecology, and complex systems science I will
• Investigate mechanisms of spatial self-organization of microbial decomposer communities by linking microscale observations from experimental microcosms to mathematical, individual-based modelling,
• Elucidate microbial interaction networks across the soil’s microarchitecture by linking microbial community composition, process rates and chemical composition of spatially explicit soil micro-units at an unprecedented small and pertinent scale.
• Explore fundamental patterns of self-organisation by applying the framework of complex systems science to high-resolution spatial and temporal data of soil microstructure and process rates.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-COG - Consolidator GrantInstytucja przyjmująca
1010 Wien
Austria