Глобальное исследование показывает, что почвенные грибы формируют разнообразие деревьев посредством сложных подземных партнерств.
Группа под руководством исследователя из Университета Пердью установила, что группы грибов по-разному влияют на мировые виды деревьев в зависимости от широты и засушливости. Данные подчеркивают важность взаимовыгодных подземных взаимодействий между микоризными грибами и деревьями.
Все микоризные грибы добывают питательные вещества из почвы и поставляют их деревьям в обмен на углеводы из фотосинтеза деревьев. Но группы эктомикоризных и арбускулярных микоризных грибов, которые обе живут в симбиозе с корнями растений, делают это по-разному, оказывая глубокое воздействие на разнообразие лесных деревьев.
«То, что мы видим над землей, во многом определяется тем, что происходит под землей», - говорит Цзинцзин Лян, доцент кафедры количественной лесной экологии в Университете Пердью.
Лян и Чжихэн Ван из Пекинского университета совместно возглавили команду из более чем 150 соавторов, которые опубликовали свои выводы в Science Advances.
Исследователи собрали данные с более чем 442 000 лесных участков по всему миру. Их выводы показывают, как симбиотические отношения эктомикоризных и арбускулярных микоризных грибов с деревьями управляют видовым разнообразием в экосистемах.
На фото показаны увеличенные эктомикоризные грибы, растущие на корнях молодого американского ясеня, хотя могут присутствовать и арбускулярные микоризные грибы. Масштабная линейка в правом нижнем углу составляет 10 микрон, что намного меньше ширины человеческого волоса. Автор: Университет Пердью/Кэтрин Николь Мэйли.
Ван отметил, что разнообразие видов деревьев в лесах сталкивается с серьезными угрозами из-за изменения климата и вмешательства человека. «Потеря разнообразия видов деревьев может нанести ущерб экосистемным услугам, предоставляемым лесами. Понимание механизмов, управляющих поддержанием разнообразия видов деревьев в лесах, имеет основополагающее значение для сохранения разнообразия видов деревьев», - сказал он.
Лян провел аналогии более глубокого понимания подземных взаимоотношений между микоризными грибами и видами деревьев с лечением пациента. «Мы не должны просто смотреть на поверхностные симптомы. Мы должны смотреть глубоко, буквально до корней проблем, и это подземный мутуализм», - сказал он.
Три противоречивые гипотезы о влиянии грибов на разнообразие видов деревьев стали причиной долгих дебатов об их соответствующей обоснованности. Но новое исследование показывает, что все три гипотезы имеют контекстную обоснованность. «Наши результаты примиряют несоответствия относительно того, как микоризный симбиоз влияет на разнообразие видов деревьев», - отметил Ван.
Постдокторант Пекинского университета Сюцай Пу, старший соавтор статьи, предложил проект в качестве аспиранта в лаборатории Вана через Глобальную инициативу по биоразнообразию лесов. Поддерживающая киберинфраструктура GFBI, Science-i, предоставила средства для сбора данных и соавторов для проекта со всего мира.
Похожие исследования проводились и ранее, но в гораздо меньших масштабах и в основном на основе менее репрезентативных наборов данных. Новое исследование опиралось на гораздо более крупные и более репрезентативные данные инвентаризации лесов, включающие точное обилие и состав видов деревьев в различных лесных сообществах по всему миру.
«Благодаря этим данным мы смогли очень точно описать взаимосвязь между различными типами микоризных грибов и разнообразием видов лесных деревьев», - сказал Лян.
После принятия мер по стандартизации и интеграции различных наборов данных ученые применили несколько статистических подходов к их анализу. Объединение сильных сторон различных моделей позволило им отфильтровать шум из сложных экологических данных и обнаружить скрытые тенденции.
Питер Райх, эколог Мичиганского университета, старший соавтор статьи, назвал эти выводы самой ценной частью исследования. «Это понимание было бы невозможно обнаружить без полноты этого набора данных, который позволяет нам проводить тестирование в больших градиентах температуры, влажности и широты», - сказал он.
Райх далее отметил, что без всеобъемлющего набора данных тенденция эктомикоризы к доминированию в холодных условиях с недостатком ресурсов, которые к тому же характеризуются низким видовым разнообразием деревьев, замаскировала бы более сложную картину.
«Но, имея возможность разделить температуру и влажность, мы можем видеть, что когда условия в целом хорошие, чем обильнее эктомикориза, тем больше она снижает богатство деревьев, - сказал Райх. - Вероятно, это происходит через сложный набор связей. Интересно, что доминирующие виды деревьев, как правило, исключают менее доминирующие из любого леса, но корневые патогены часто сдерживают доминирующие виды деревьев, позволяя большему количеству видов деревьев процветать. Если эктомикоризы много, это хорошая новость для деревьев, потому что они подавляют корневые патогены, но, как ни странно, это может снизить видовое богатство деревьев, потому что без этих патогенов доминирующие виды деревьев процветают и вытесняют большее количество менее доминирующих. Еще один вывод в том, что когда другие стрессовые факторы, такие как низкая влажность или холодные условия, ограничивают количество видов деревьев, смесь обоих грибов вместе обеспечивает самое высокое разнообразие деревьев в лесу. В стрессовых условиях усиленное получение ресурсов помогает большему разнообразию деревьев сосуществовать, в то время как патогены, зависящие от плотности, играют менее важную роль. Оба способа воздействия на разнообразие деревьев реальны, но их относительный баланс и масштаб воздействия различаются в зависимости от экологического контекста».
Исследование вдохновляет на будущие смежный научные работы. Например, управляет ли подземный мутуализм закономерностями, выходящими за рамки разнообразия видов деревьев? Сколько углерода, который леса поглощают на поверхности, можно отнести к подземной активности? «И что мы можем сделать, чтобы улучшить здоровье нашей лесной экосистемы, наблюдая не только за тем, что находится на поверхности, но и за тем, что находится под землей?» - заключает Лян.
Источник: Purdue University. Автор: Стив Коппес.
На заглавном фото показаны увеличенные арбускулярные микоризные грибы, растущие на корнях саженца сахарного клена. Масштабная линейка в правом нижнем углу составляет два микрона, что составляет часть ширины человеческого волоса. Автор: Университет Пердью/Кэтрин Николь Мэйли.