Деревья в опасности: грибы-паразиты могут уничтожить целые леса

Детей учат не трогать лесные грибы, поскольку они могут быть ядовитыми. А вот деревья, напротив, зависят от грибов в плане своего благополучия.

Обратите внимание на эктомикоризные грибы — организмы, заселяющие корни многих видов деревьев в местах соприкосновения бореальной экосистемы (зона, охватывающая самые северные леса Земли) и экосистемы умеренного пояса (зона между тропическим и бореальным регионами). На этой территории представлены как бореальные деревья, включая вечнозеленые игольчатые, так и деревья умеренного пояса, в том числе клен и дуб.

Как и в здоровых человеческих отношениях, деревья и грибы хорошо взаимодействуют, потому что помогают друг другу. Когда эктомикоризные грибы прикрепляются к корням деревьев, они получают от своих хозяев углерод в виде сахаров и, в свою очередь, снабжают деревья важными питательными веществами, такими как азот и фосфор. Это важные симбиотические отношения, которые определяют функционирование и устойчивость экосистем.

Однако в условиях изменения климата и глобального потепления, вызывающего повышение температуры и усиление засухи, мало что известно о том, как отреагируют на это важные грибы. Кроме того, остается открытым вопрос о том, как потепление климата повлияет на подземные нити, известные как эктомикоризные сети, образованные грибами, которые соединяют деревья и способствуют переносу воды, азота и других минеральных веществ.

Для изучения этого вопроса группа исследователей из Сиракузского университета и Университета Миннесоты провела эксперимент по изменению климата, в ходе которого бореальные и умеренные виды деревьев подвергались воздействию потепления и засухи, чтобы лучше понять, как грибы и их хозяева реагируют на изменения окружающей среды.

Результаты исследования, проведенного под руководством Кристофера В. Фернандеса, доцента биологии Колледжа искусств и наук Сиракузского университета, были недавно опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Результаты исследования показали, что совместное воздействие потепления и водного стресса, вероятно, приведет к серьезным нарушениям эктомикоризных сетей и может нанести ущерб устойчивости и функционированию лесов.

Группа исследователей проводила свою работу в рамках долгосрочного эксперимента по изменению климата под названием B4WARMED (Boreal Forest Warming at an Ecotone in Danger) в штате Миннесота. В рамках эксперимента на участках были высажены бореальные и умеренные виды деревьев, которые подвергались воздействию потепления и засухи. Это позволяет исследователям изучить, как эктомикоризные грибы и сети, которые они образуют со своими деревьями-хозяевами, реагируют на стрессовые факторы окружающей среды.

Фернандес, чьи исследования направлены на понимание процессов, связанных с экологией растений, микроорганизмов и экосистем, говорит, что их исследование показало, что состав видов эктомикоризных грибов резко меняется в зависимости от изменения климата. В частности, наблюдается переход от видов, обычно встречающихся в зрелых лесах и обладающих высокой биомассой мицелия (нитевидного тела гриба, которое осваивает почву и, вероятно, играет важную роль в формировании сети), к видам с низкой биомассой, которые обычно встречаются в сильно нарушенных экосистемах.

Существует поддерживаемая гипотеза, что эти виды с низкой биомассой, вероятно, не дают хозяину больших преимуществ в плане питания по сравнению с видами с высокой биомассой, — говорит Фернандес.

Мы обнаружили, что сети, образованные этими грибами, которые «соединяют» деревья, переходят от относительно сложных и хорошо связанных сетей к более простым с меньшим количеством связей.

Мицелий грибов представляет собой сеть нитевидных тканевых филаментов, которые помогают растениям и деревьям обмениваться питательными веществами. (Credit: Christopher Fernandez)

По словам авторов, эти сдвиги были существенно связаны с производительностью деревьев-хозяев и их способностью превращать углекислый газ в кислород и сахара в процессе фотосинтеза.

Изменение климата снижает количество углерода, фиксируемого деревьями, и, вероятно, оказывает каскадное воздействие на то, сколько углерода они могут предоставить своим эктомикоризным грибам, — продолжает Фернандес.

Это, вероятно, вызывает смещение в сторону видов с низкой биомассой, что приводит к разрушению сетей между деревьями.

Исследовательская группа считает, что это первое исследование, изучающее реакцию эктомикоризных сетей на изменение климата, и его результаты должны породить новые исследования, направленные на изучение других экосистем. Следующим шагом, по их мнению, будет установление связи между изменениями в эктомикоризных сетях и процессами на уровне экосистемы, такими как поступление питательных веществ.

21.09.2023