_ „Viitorul este ciuperca”: o nouă cercetare descoperă că ciupercile care trăiesc în plante sănătoase sunt sensibile la schimbările climatice

Molidul, pinul, bradul și alți copaci se înalță peste zonele friguroase de pământ care se întind în America de Nord, nordul Europa și Rusia într-un mare inel în jurul lumii. Aceste păduri boreale constituie cel mai mare ecosistem terestru și cele mai nordice păduri de pe Pământ.

Cuibărite în țesutul fotosintetic, sau mâncător de lumină, al copacilor boreali – și în lichenii abundenți asemănătoare norilor și mușchii cu pene care covorează pământul dintre ele — sunt ciuperci. Aceste ciuperci sunt endofite, ceea ce înseamnă că trăiesc în interiorul plantelor, adesea într-un aranjament reciproc avantajos.

„A fi o plantă înseamnă a trăi într-o lume fungică”, a spus Betsy Arnold, profesor la School of Plant. Științe în Colegiul de Agricultură, Științe ale Vieții și Mediului și Departamentul de Ecologie și Biologie Evolutivă din Colegiul de Științe și membru al Institutului Bio5. „Ciupercile endofitice sunt vitale pentru sănătatea plantelor în moduri care nu sunt încă pe deplin înțelese, dar ceea ce știm de la endofite în general este că sunt foarte bune în protejarea plantelor împotriva bolilor și în a ajuta plantele să fie mai rezistente la factorii de stres din mediu. , precum căldura. Au făcut parte dintr-o revoluție importantă în gândirea noastră despre plante.”

Cu peste un deceniu în urmă, Arnold și echipa ei au pornit într-o aventură de o lună în adâncul sălbăticiei din nord-estul Canadei pentru a să înțeleagă cum s-au adaptat aceste specii de ciuperci în diferite micromedii și cum s-ar putea descurca în viitoarele schimbări climatice.

Au găsit o mare diversitate printre ciuperci și că s-au adaptat în moduri foarte specifice la condițiile lor locale, ceea ce implică faptul că va fi sensibil la schimbările viitoare ale climei. Cu sănătatea ciupercilor atât de strâns legată de sănătatea gazdelor lor, aceste descoperiri au implicații pentru sănătatea generală a viitoarelor păduri boreale și pentru planeta noastră.

„Pădurile boreale sunt esențiale pentru carbonul și apa planetei noastre. cicluri", a spus Arnold. „Și munca noastră evidențiază faptul că acestea găzduiesc unele dintre cele mai diverse endofite fungice din lume – endofite care nu se găsesc nicăieri în altă parte.”

După peste un deceniu de analiză, descoperirile lor au fost publicate în revista jurnalul Current Biology.

„Studiul nostru de colaborare a aruncat lumină asupra diversității în biomul boreal al ciupercilor endofitice recent descoperite și asupra sensibilității acestora la climă”, a spus co-autorul principal al studiului, Shuzo Oita, care și-a finalizat studiile doctorale. în laboratorul lui Arnold și acum este cercetător la Sumitomo Chemical Co., Ltd. „Endofitele sunt adesea trecute cu vederea deoarece apar în țesuturile sănătoase ale plantelor, dar importanța lor în biodiversitate și ecosisteme a fost dezvăluită recent.”

Colectarea datelor pentru a ajunge la această concluzie a fost un efort uriaș care ia cerut lui Arnold și colegilor săi să întreprindă unele dintre cele mai intense lucrări de teren din viața ei, a spus ea.

Timp de o lună în timpul verii lui 2011, Echipa a contractat cu un pilot expert „pentru a accesa locuri unde drumurile nu merg”, a spus Arnold. Echipa de șase a străbătut pădurile boreale de sud ale Canadei până la marginea tundrei arctice, aterzându-și hidroavionul în lacuri de-a lungul drumului.

De treizeci și șase de ori au decolat și au aterizat printre lacuri îndepărtate împrăștiind peisajul. De obicei, au petrecut aproximativ șase până la 24 de ore la fiecare loc de probă.

În timpul zilei, au adunat frunze sănătoase de molid și mușchi și licheni proaspeți de pe pământ, depozitându-și comoara științifică în pungi închise cu fermoar, în timp ce au a mers. De asemenea, au forat miezuri de inele de copac, sperând să-și dezvăluie trecutul, cum ar fi vârsta și expunerea la incendii. Ei au măsurat, de asemenea, diverse caracteristici ale pădurilor pentru a înțelege modul în care plantele variază în peisaj.

Noaptea, în timp ce aurora boreală fluturau deasupra capului, ei și-au procesat eșantioanele în laboratoare portabile din incinta piloților. Au sterilizat la suprafață țesuturi proaspete pentru a le pregăti pentru extracția ADN-ului și au izolat culturi fungice pentru a vizualiza și a documenta tulpinile care trăiesc în probele lor.

„De multe ori lucram până la 2 sau 3 dimineața și dormeam câteva minute. cu ore înainte de a zbura către următorul loc”, a spus Arnold. Zilele lungi au dat roade: "În lumea fungică, o oră de lucru pe teren este un an de caracterizare și un deceniu de analiză a potențialului. Și în doar câteva săptămâni, am parcurs mult teren."

Au prelevat eșantionat strategic în aceste două dimensiuni pentru a se asigura că orice diferență în biodiversitatea fungică este cu adevărat determinată de diferențele de mediu mai degrabă decât distanța singură. Împreună, au zburat aproape 1.500 de mile în DeHavilland Otter, care era casa lor mobilă, împărțind adesea spațiul lor de călătorie cu rezervoare suplimentare de combustibil.

Studiile mai vechi au examinat corelația dintre biodiversitate și latitudine, care este adesea folosită. ca proxy pentru climă. Aceste studii au descoperit că, în general, viața devine mai diversă mai aproape de ecuator, a spus Arnold. De exemplu, pentru multe grupuri de organisme, cele din pădurile tropicale sunt mai diverse biodiverse decât cele din tundra arctică.

Se pare că nu este atât de simplu când vine vorba de ciuperci din zona boreală.

„Arătăm că comunitățile de ciuperci boreale nu se schimbă neapărat cu clima în același mod previzibil ca și comunitățile de plante. În schimb, efectul climei asupra acestor ciuperci este foarte dependent atât de specia fungică, cât și de gazdă.” a spus co-autorul principal Jana U'Ren, care și-a finalizat lucrările de doctorat și a efectuat analiza de laborator pentru acest proiect ca om de știință postdoctoral cu Arnold, înainte de a se muta la Universitatea de Stat din Washington. „Aceasta înseamnă că trebuie să protejăm plantele și endofitele fungice ale acestora în întregul biom boreal, și nu doar într-o singură locație, altfel riscăm să pierdem biodiversitatea vitală și ciupercile protectoare în aceste păduri importante.”

Arnold crede că dependența specială de climă a acestor endofite fungice reflectă un proces de co-evoluție cu gazdele lor – sau „cercetare și dezvoltare”, după cum spunea ea – deoarece plantele găsesc partenerul endofit ideal și înfloresc în ciuda stresului distinctiv cu care se confruntă plantele în aceste dureri dure. peisajele nordice.

„Endofitele se găsesc în întreaga lume, dar există unele distinctive în diferite medii. Credem că simbiozele cu endofitele sunt, în parte, modul în care plantele depășesc provocările de mediu la scară globală – că este, cu partenerii lor fungici interni", a spus Arnold.

"Nu există prea multe informații despre exact ce face un endofit individual pentru o plantă individuală. Deci, studiul nostru este fundamental în sensul că am încercat pentru a afla cine sunt aceste endofite și cum sunt distribuite și cum s-ar putea schimba odată cu schimbarea climei.”

Ea speră că cercetările viitoare se pot baza pe descoperirile lor.

„Ceea ce știm este că pierdem acea biodiversitate atunci când acele păduri se schimbă și încă nu știm care sunt elementele funcționale cheie”, a spus ea.

Colaboratorul François Lutzoni, un profesor de biologie la Universitatea Duke și co-arhitect al acestui studiu împreună cu Arnold, a fost de acord.

„Acesta a fost unul dintre cele mai complexe lucrări de teren pe care le-am făcut vreodată, dar și una dintre cele mai entuziasmante experiențe de cercetare pe care le-am avut. avut", a spus Lutzoni.

„Documentarea biodiversității în lumea noastră în schimbare este o cercetare esențială. Specimenele pe care le-am colectat sunt depozitate în herbari și, prin urmare, au o valoare de durată pentru a înțelege modul în care speciile, distribuțiile lor, genele lor și ecosistemele pe care le locuiesc se schimbă în timp. . La rândul său, cea mai bună modalitate prin care herbariile să servească comunitatea științifică este să fie integrate cu laboratoarele de cercetare din universități de talie mondială.”

În acest mod de gândire, Arnold lucrează acum pentru a utiliza endofitele din Arizona de origine locală. pentru a spori rezistența culturilor în această lume în schimbare.

„La fel cum pădurile boreale adăpostesc o diversitate neașteptată de endofite, la fel și plantele aici, în Arizona”, a spus Arnold. „Următorii noștri pași sunt să folosim aceste endofite bogate și străvechi ca instrumente pentru a ajuta plantele să prospere. În cele din urmă, sperăm că, prin înțelegerea acestor ciuperci la scară globală, nu putem doar să trasăm trecutul și viitorul unui element cheie al biodiversității planetei noastre. , dar îi putem folosi și pe cei din zonele noastre locale pentru a face culturile să prospere cu apă limitată și temperaturi în creștere. Ați putea spune că viitorul este fungic.”

Alți coautori sunt Jolanta Miadlikowska de la Universitatea Duke, Bernard Ball de la University College Dublin și Duke University, Ignazio Carbone de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord, Georgiana May de la Universitatea din Minnesota, Naupaka B. Zimmerman de la Universitatea din San Francisco, Denis Valle de la Universitatea din Florida și Valerie Trouet de la Universitatea al Laboratorului Arizona de Cercetare a Inelurilor Arborilor.

(Fluierul)