Bodenpilze können helfen, den globalen Gradienten der Waldvielfalt zu erklären

Ein Papier veröffentlicht in Naturkommunikationsbiologie trägt zur wachsenden Wertschätzung für die übergroße Rolle bei, die Mikroben in allen Bereichen spielen, von der menschlichen Verdauung bis hin zu Ernteerträgen: Mikroben im Boden – in diesem Fall Pilze – scheinen die Waldvielfalt auf globaler Ebene zu beeinflussen.

Wälder auf der Erde weisen ein ausgeprägtes Gefälle vom Äquator zu den Polen auf: Tropische Wälder in der Nähe des Äquators beherbergen tendenziell eine große Anzahl verschiedener Arten, während Wälder in der Nähe der Pole eine geringere Pflanzenvielfalt beherbergen.

Eine Erklärung für dieses Phänomen besteht darin, dass Bodenpathogene, darunter Bakterien und Pilze, zur Entstehung dieses Gefälles beitragen. Artenspezifische Krankheitserreger häufen sich in der Nähe ausgewachsener Bäume, und ihre Häufigkeit kann den Erfolg junger Bäume, die in der Nähe ihrer Eltern wachsen, beeinträchtigen und so die Artenvielfalt fördern. Dieser Effekt ist in warmen, feuchten Klimazonen stärker und trägt zur größeren Vielfalt in den Wäldern in Äquatornähe bei.

Eine neue Studie unter der Leitung von Camille Delavaux, einer leitenden Wissenschaftlerin an der ETH Zürich in der Schweiz, fügt dieser etablierten Geschichte jedoch eine Wendung hinzu. Mykorrhizapilze – Bodenpilze, die mit den meisten Pflanzenwurzeln weltweit eine für beide Seiten vorteilhafte Beziehung eingehen – scheinen den Auswirkungen schädlicher Bodenpathogene auf eine Weise entgegenzuwirken, die globale Muster der Waldvielfalt beeinflusst.

„Dieses Papier liefert einen zusätzlichen Mechanismus, der helfen könnte zu erklären, warum sich die Zusammensetzungsvielfalt der Wälder je nach Breitengrad unterscheidet, und ein wenig mehr darüber, wie Mikroben Diversitätsmuster auf dem Planeten regulieren können“, sagt Matthew Baker, Professor für Geographie und Umweltsysteme an der University of Maryland , Baltimore County (UMBC) und Co-Autor der neuen Studie.

Mikroben beeinflussen die Baumvielfalt

Beide Hauptklassen dieser wechselseitigen Pilze, Ektomykorrhizapilze und arbuskuläre Mykorrhizapilze, können das Überleben junger Tiere verbessern. In der Arbeit von Delavaux und Kollegen wurde jedoch festgestellt, dass Ektomykorrhizapilze eine stärkere Wirkung haben. Ektomykorrhizapilze bilden eine Hülle um Pflanzenwurzeln, von der Forscher glauben, dass sie die Pflanzen direkt vor Krankheitserregern schützen können. Ektomykorrhizen kommen in höheren Breiten häufiger vor und sind auch eher Spezialisten für die Unterstützung einer einzelnen Baumart.

Arbuskuläre Pilze kommen in der Nähe des Äquators häufiger vor und bieten möglicherweise weniger Schutz vor Krankheitserregern. Sie spezialisieren sich auch seltener auf eine bestimmte Baumart. Das bedeutet, dass sie eher das Wachstum verschiedener Baumarten in der Nähe fördern.

Das neue Papier fand erste Beweise sowohl für die diversitätsfördernden Wirkungen von Arbuskelpilzen als auch für die diversitätsreduzierenden Wirkungen von Ektomykorrhizapilzen, „was darauf hindeutet, dass diese Mechanismen sehr wohl eine Rolle bei der Steuerung der Muster der globalen Biodiversität bei Baumarten spielen könnten.“ “ Baker erklärt.

Die Ergebnisse des Forschungsteams zusammen mit früheren Erkenntnissen über diese Pilze könnten bekannte Muster der Waldbaumvielfalt im Zusammenhang mit dem Breitengrad erklären. „Und das ist aufregend“, sagt Baker. „Globale Muster der Artenvielfalt resultieren möglicherweise nicht nur aus antagonistischen Beziehungen zwischen Bäumen und ihren Krankheitserregern, sondern auch aus symbiotischen Beziehungen mit Pilzen im Boden.“

Ein globales Netzwerk für Forstwissenschaften

„Diese Ergebnisse waren nur möglich aufgrund eines beeindruckenden globalen Netzwerks von Waldflächen, das vom Forest Global Earth Observatory (ForestGEO) Network der Smithsonian Institution verwaltet wird“, erklärt Delavaux. Um Mitglied des Netzwerks zu werden, müssen sich Forscher an ForestGEO-Standorten verpflichten, alle fünf Jahre eine Bestandsaufnahme der Bäume auf ihren Parzellen durchzuführen. Dazu gehört die Aufzeichnung der Größe und der genauen Koordinaten jedes Baums innerhalb der Parzellengrenzen mit einem Durchmesser von mindestens 2,5 cm. Einige Websites sammeln auch Daten über Wildtiere, Bodenmikrobiota und mehr mithilfe standardisierter Protokolle, die vom Netzwerk erstellt wurden. Die aktuelle Studie verwendete Daten von 43 von 77 globalen ForestGEO-Parzellen, einschließlich einer Parzelle auf dem Hauptcampus der UMBC.

Das Netzwerk „spiegelt die Bereitschaft der Menschen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft wider, Ressourcen zum Wohle der Allgemeinheit zu bündeln“, sagt Baker. Im Fall der UMBC sammelten freiwillige Studenten unter der Leitung der Doktorandin Anita Kraemer den Großteil der Daten.

Verschiedene Wälder, verschiedene Mikroben

Die beiden 6,25 Hektar (ca. 15 Acres) großen Grundstücke der UMBC sind in anderer Hinsicht einzigartig: Sie waren die ersten städtischen, gemäßigten ForestGEO-Grundstücke, als sie 2012 auf Initiative von Erle Ellis, Professor für Geographie und Umweltsysteme und Co., dem Netzwerk beitraten -Autor des neuen Artikels und Doktorand Jonathan Dandois. Dandois schloss seinen Ph.D. in Geographie und Umweltsystemen im Jahr 2013 und ist jetzt Manager für Geographische Informationssysteme an der Johns Hopkins University.

Die UMBC-Grundstücke umfassen Waldränder (angrenzend an Campus-Einrichtungen wie Tennisplätze, Parkplätze und ein Schwimmbad) und enthalten neben einheimischen Pflanzen auch eine Vielzahl exotischer Arten. Dadurch übersteigt die Artenvielfalt der Parzellen pro Flächeneinheit die anderer gemäßigter Wälder und kann mit einigen Tropenwaldparzellen im Netzwerk mithalten. Diese Beobachtungen haben Bakers Antrieb gegeben kürzliche Arbeit auf Stadtwäldern.

Die neuen Erkenntnisse über die Rolle von Pilzen in der globalen Waldstruktur könnten nur der Anfang des Verständnisses sein, wie Mikroben globale Biodiversitätsmuster beeinflussen. „Die wissenschaftliche Gemeinschaft befindet sich gerade in der Lernphase, die Vielfalt verschiedener Arten von Bodenmikroben und ihre Verbreitung auf dem Planeten zu schätzen“, sagt Baker, „und Forscher wie Dr. Delavaux erweitern unser Verständnis.“

Delavaux freut sich darauf, die entsprechende Arbeit in Zukunft fortzusetzen. „Zukünftige Forschung wird die verfügbaren Baumzählungsdaten nutzen und zusätzliche mikrobielle genetische Sequenzierungsdaten aus 30 Parzellen generieren, um das Mikrobiom direkt mit der Struktur der Pflanzengemeinschaft zu verknüpfen“, sagt sie.