ПРИХОВАТИ

Світ побачив першу глобальну карту симбіозу дерев з бактеріями та грибами

Джерело: Sven Zacek

Стенфордськими науковцями створено першу глобальну карту симбіонтів дерев – ґрунтових грибів та бактерій, що співіснують з ними.

Висновки масштабного дослідження, в якому взяли участь понад 200 вчених, були опубліковані в журналі Nature.

Серед дерев по всій Земній кулі надзвичайно поширеним є симбіоз із грибами або бактеріями, коли декілька організмів співіснують та взаємодіють між собою. Найпоширенішими типами корисних деревно-грибно-бактеріальних відносин є: ектомікориза, арбускулярна мікориза та симбіоз із азотфіксуючими бактеріями.

Ектомікоризою називають таке співіснування дерева та гриба, коли останній оплітає кореневу систему дерева ззовні, а інколи навіть поширюється у міжклітинний простір тканин кореня. Арбускулярна мікориза означає, що гіфи гриба знаходяться в міжклітинному просторі, але дуже часто і всередині самих клітин. Існують дані про те, що до 80% всіх наземних рослин живуть з такими грибами пліч-о-пліч. Про азотфіксуючі бактерії більшість пам’ятає те, що вони живуть в коренях бобових рослин. Вони мають здатність засвоювати азот із атмосфери та перетворювати його у легкозасвоювану для рослин форму. Ті, що живуть з бобовими, називаються різобіями. А менш відомими є так звані франкії, які утворюють асоціацію з деякими деревними рослинами.

Ектомікориза, утворена грибом мухомором на коренях дерева. Джерело: BMC Bioinformatics

Усі ці типи відносин пов’язує взаємна вигода, що її отримують обидва симбіонти. Гриби та бактерії користуються здатністю рослин перетворювати мінеральні речовини на органічні шляхом фотосинтезу, але натомість допомагають рослинам засвоювати речовини, яких їм бракує. Наприклад, воду, азот, фосфати та ін.

Автори свіжої наукової статті зосередили увагу саме на цих на трьох найбільш розповсюджених типах симбіозу дерев з іншими організмами. Вони створили карту світу, що відображає сучасну розповсюдженість корисного співжиття дерев із грибами та бактеріями.

Масштабна співпраця заради масштабної картини

Це стало першим дослідженням симбіотичних відносин, що базується на даних 28 тисяч видів дерев з понад мільйона лісових масивів по всьому світу. Таку колосальну кількість інформації стало можливим проаналізувати завдяки роботі двох сотень науковців по дослідженню лісів у більш як 70 країнах. Науковців, що розмовляють різними мовами, вивчають різні екосистеми та стоять перед різними випробуваннями.

“В наборі даних знаходиться понад 1,1 мільйона лісових ділянок і кожна з них була оцінена людьми. У багатьох випадках, в ході цих оцінювань, вони, по суті, обіймали дерева. Так багато зусиль – походи, піт, кліщі, довгі дні – на цій карті,”

– каже Брайан Стайдінгер, науковий співробітник у Стенфордському університеті та головний автор статті.

Результати роботи цих вчених знаходяться в глобальній базі даних лісового біорозмаїття. Вона є частиною проекту Global Forest Biodiversity Initiative, що займається моніторингом та дослідженням лісів планети. Саме використовуючи згадану базу даних, вчені отримали інформацію про розташування 31 мільйона дерев та про те, з якими симбіотичними грибами чи бактеріями найчастіше вони асоціюються.

Правило Ріда

Ще 30 років тому вчений Девід Рід власноруч складав карту, на якій відмічав, де, на його думку, мають домінувати різні типи симбіотичних грибів, базуючись на поживних речовинах, що вони виробляють. Ектомікоризні гриби надають деревам азот безпосередньо з органічних речовин (наприклад, з опалого листя), тож вони мають найбільше шансів на поширення в холодних регіонах, де розкладання сповільнене й залишків листя є вдосталь. Арбускулярні мікоризи, як вважав дослідник, скоріше будуть притаманні тропічним лісам, де ріст дерев обмежується кількістю фосфору в ґрунті.

На зображенні добре видно, як гіфи гриба проникають в клітини рослини при арбускулярній мікоризі. Джерело: archive.bio.ed.ac.uk

В той час не було можливості перевірити правильність таких припущень, а тепер є. Науковці зі Стенфорда прагнули дослідити, чи справді існує якась закономірність, що впливає на географічне поширення цих асоціацій. Щоб це здійснити, довелося створити математичну модель, що враховувала б різні змінні, як от клімат, хімічні показники ґрунтів, рослинність та особливості місцевості – все це може впливати на поширеність кожного симбіозу.

Аналіз показав, що на поширеність азотфіксаторів впливють температура та кислотність ґрунту, а для грибних асоціацій головним чинником є швидкість розкладання органічних залишків у середовищі, що безпосередньо залежить від вологості та температури. Такий результат не є несподіванкою, адже розкладання є головним процесом, що забезпечує засвоюваність рослинами ґрунтових поживних речовин. Цікавим виявилося, що розподіл цих типів взаємовідносин наслідує розподіл кліматичних поясів.

Процент біомаси дерев на Землі, що асоційовані з певними типами симбіонтів. a – ектомікориза, b – арбускулярна мікориза, c – азотфіксуючі бактерії. Джерело: Nature

Так, на теплому та вологому екваторіальному поясі панує арбускулярно-мікоризний симбіоз. Тут понад 75% дерев співіснують з грибами саме в такий спосіб. Перемістіться трохи на північ або південь від екватора, де швидкість розкладання вже буде нижчою через більш значне коливання температури та вологості, і ви опинитеся в перехідній зоні. Тут представлені змішані ліси: арбускулярні мікоризні та ектомікоризні. Ще далі від екватора, в томі числі на європейській частині світу, домінують ектомікоризні асоціації.

Що стосується азотфіксуючих бактерій, які ймовірно, утворюють симбіоз із 7% дерев, то вони в переважній більшості обмилували території із річною максимальною температурою понад 35 °C та лужними ґрунтами.

Так, автори статті на основі отриманих результатів підтвердили нове біологічне правило про глобальну поширеність лісових симбіонтів, що назвали на честь першовідкривача – правилом Ріда.

Дані, отримані в ході дослідження можуть стати у пригоді іншим вченим у їхніх дослідженнях, зокрема симбіонтів дерев. Самі автори статті продемонстрували, як можна використати їхню роботу, наприклад, для прогнозування впливу зміни клімату на симбіози. Завдяки комп’ютерному моделюванню вони встановили, що буде, якщо концентрація CO2 в атмосфері й надалі зростатиме. За прогнозами, до 2070 року кількість ектомікоризних дерев знизиться на 10 %. У майбутньому дослідники мають намір розширити свої дослідження за межі лісів, щоб зрозуміти, як зміни клімату впливатимуть на різні екосистеми.

Nature (2019), doi: 10.1038/s41586-019-1128-0

.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Total
100
Shares
100 Shares:
Перегляньте також
Мікрораптор
Далі

Як дослідники встановлюють забарвлення тварин з минулого Землі

Якого кольору були мешканці мезозойського лісу? Наскільки наука може помилятися та абсолютно новий комплексний підхід до відновлення зовнішнього…
Далі

Таємна мова дерев

Переважна частина лісу живе в тіні дерев-гігантів, в яких листяний покрив розташований найвище та охоплює найбільшу територію. Це…