Steinpilze haben sich in die lokale Umgebung entwickelt

Das Dentinger Lab des Natural History Museum of Utah hat in der Zeitschrift einen provokativen neuen Artikel veröffentlicht Neuer Phytologe das beschreibt ihre Arbeit mit dem allseits beliebten Pilz Boletus edulis, besser bekannt unter Gastronomen weltweit als Steinpilze.

In der Veröffentlichung stellen Keaton Tremble und Bryn Dentinger, Ph.D., eine einzigartige genetische Untersuchung von Steinpilzen in der gesamten nördlichen Hemisphäre vor. Durch die Auswertung des genetischen Codes dieser Proben aus der ganzen Welt erfuhren sie, dass sich diese köstlichen Pilze auf überraschende Weise entwickelt haben – im Gegensatz zu den Erwartungen vieler, die vielleicht denken, dass die geografische Isolation der Hauptgrund für die Artenvielfalt wäre. Tatsächlich gibt es Regionen auf der Welt, in denen Steinpilze ihre genetische Besonderheit in lokalen ökologischen Nischen bewahren, auch wenn sie geografisch nicht von anderen genetischen Abstammungslinien isoliert sind.

Da fällt einem sofort das französische Wort Terroir ein, berühmt geworden durch Weinbauern. Terroir beschreibt alle lokalen Faktoren wie Bodenarten, Sonneneinstrahlung, Hangneigung, Mikroklima, Bodenmikroorganismen usw., die jede Parzelle unverwechselbare Weine hervorbringen lassen. Es ist eine Feier der lokalen Ökologie und ihrer Auswirkungen auf die Reben, Trauben und das fertige Produkt.

Die neue Studie von Tremble und Dentinger bietet Pilzjägern verlockende Daten, um zu behaupten, dass die Steinpilze in ihrem geheimen Waldstück die Qualitäten ihres Terroirs auf die gleiche Weise zum Ausdruck bringen wie die besten Weine der Welt.

Aber das ist nicht der Sinn der Studie. Mit dem Aufkommen der genetischen Sequenzierung konzentrierten sich die meisten mykologischen genetischen Studien auf die Beschreibung der einzigartigen Eigenschaften von Pilzen in einem kleinen geografischen Gebiet. Tremble und Dentinger wollten etwas anderes machen. Anstatt nur eine Gruppe von Pilzen aus Colorado mit einer Gruppe in Kalifornien zu vergleichen, um sie als verschiedene Arten zu bezeichnen, wollten sie die globalen Trends besser verstehen, wie der genetische Code bei Steinpilzen erhalten oder verändert wird. „Unsere Studie ist wichtig, weil sie über die in der Vergangenheit verwendete allzu einfache Stichprobenmethode hinausgeht“, sagt Dentinger.

Sie fanden heraus, dass sich Steinpilze auf der ganzen Welt auf unterschiedliche, aber klar erkennbare Weise entwickelt haben. „In Nordamerika gibt es eine starke Schichtung von getrennten genetischen Populationen in lokalen Gebieten, obwohl sie reproduktiv nicht isoliert sind“, erklärt Tremble. „Doch in Europa gibt es eine Linie, die von Spanien über Georgien bis nach Skandinavien dominiert.“

Evolutionsbiologen glauben normalerweise, dass es eine evolutionäre Strategie gibt, die den Artbildungsprozess für einen bestimmten Organismus steuert, aber Tremble und Dentinger haben gezeigt, dass Steinpilze tatsächlich mehrere, divergierende Strategien aufweisen. Tatsächlich ist dies die erste genetische Studie an einem Organismus, die ein solches Ergebnis auf globaler Ebene zeigt.

Ein damit zusammenhängendes, bedeutsames Ergebnis ist eine Widerlegung der traditionellen Vorstellung, dass Isolation der Hauptweg ist, auf dem Arten ihre Einzigartigkeit entwickeln. Wie die Encyclopedia of Ecology (Second Edition, 2019) stolz feststellt: „Alle Evolutionsbiologen sind sich einig, dass geografische Isolation ein häufiger, wenn nicht der häufigste Mechanismus ist, durch den neue Arten entstehen (Futuyma, 2013).“

Mehr als Pilze identifizieren

Es ist eine aufregende Zeit, ein Mykologe zu sein. Das Reich der Pilze ist nicht nur kaum erforscht und beschrieben, sondern die DNA-Sequenzierungstechnologie hat auch eine seismische Veränderung in der Art und Weise bewirkt, wie Mykologen Pilze klassifizieren. Seit Jahrtausenden unterscheiden Menschen aufgrund ihres Aussehens oder ihres Phänotyps Pilze, die essbar sind, von denen, die giftig sind. Aber Phänotypen können täuschen – stellen Sie sich einen Bruder und eine Schwester vor, die unterschiedliche Haarfarben, unterschiedliche Nasenformen usw. haben. Sie sind einander immer noch genetisch ähnlicher als anderen Menschen in der Bevölkerung. Daher gelten genetische Ähnlichkeiten als wahres Kennzeichen verschiedener Arten und widersetzen sich dem Trend der Pilzidentifikation, der bis zu den Anfängen der Menschheit zurückreicht.

Darüber hinaus sollten wir uns daran erinnern, dass Pilze nur die Fortpflanzungsstruktur des Hauptorganismus sind, der als Myzel bezeichnet wird (siehe Abbildung oben, „Die Grundlagen der Pilze“). Wie Eisberge zeigen uns Mycelien nur die Spitze ihrer selbst, während der massive Pilzkörper unterirdisch lebt, verbunden mit den Wurzeln von Bäumen. Boletus edulis verbreitet sich geografisch dank der winzigen Sporen, die von den Steinpilzen freigesetzt werden, die vom Wind, von Säugetieren und sogar von Fliegen getragen werden. Daher sind Biologen versucht zu glauben, dass in jedem geografischen Gebiet, in dem Sporen fliegen können, eine Art durch die genetische Vermischung innerhalb dieses geografischen Raums definiert wird.

Die Studie von Tremble und Dentinger widerlegt diese Annahme eindeutig.

In Nordamerika existieren verschiedene genetische Abstammungslinien nebeneinander, und trotz genetischer Beweise für eine Vermischung spielten lokale ökologische Faktoren die größere Rolle bei der Aufrechterhaltung der Unterscheidung dieser Abstammungslinien. „Utah ist zufällig eines der Gebiete, in denen zwei unterschiedliche Abstammungslinien leben“, bemerkt Dentinger. Diese Abstammungslinien zeigen, dass die lokale Ökologie ein stärkerer Faktor bei der Aufrechterhaltung ihrer genetischen Besonderheit ist als der genetische Fluss aus anderen Abstammungslinien.

„Dieses Papier zeigt, dass man für genetische Divergenz keine Isolation braucht“, behauptet Tremble. „Die Kraft der ökologischen Anpassung ist bei Boletus edulis so stark, dass, obwohl man Sporen praktisch überall verteilen kann, es eine starke Selektion gibt, um sich an bestimmte Umgebungen anzupassen.“

Die Wunder der getrockneten Steinpilze

Das Geheimnis ihres Studiums liegt tief im Herzen der Naturkundemuseen: Pilzsammlungen. Zittern ist ein Ph.D. Kandidat an der School of Biological Sciences, der im Frühjahr 2023 seine Dissertation verteidigt, um seinen Abschluss in Evolutionsbiologie zu erhalten. Als er mit Dentinger als seinem Berater zusammenarbeitete, traf er eine glückliche Wahl – als Kurator für Mykologie an der NHMU hat Dentinger das Genomics Lab der NHMU eingerichtet, um DNA schnell und effizient analysieren zu können. Noch wichtiger für diese Studie war, dass Dentingers professionelle Kontakte zu Naturkundemuseen auf der ganzen Welt Tremble halfen, Zugang zu den 160 Proben zu erhalten, die sonst nahezu unmöglich gewesen wären.

„Man muss sich auf opportunistische Begegnungen in der Natur verlassen, um eine lebende Probe zu sammeln“, erklärt Dentinger. „Das unterscheidet sich grundlegend von der Arbeit mit Pflanzen, die es zu jeder Jahreszeit gibt, und Tieren, die man ködern kann.“ Daher hätte es eine unglaubliche Menge an Logistik, Timing und Glück gekostet, 160 verschiedene Proben zu finden, korrekt zu identifizieren und über die nördliche Hemisphäre zurück zum Labor der NHMU zu schicken.

Stattdessen „war unsere Studie dank Fungaria möglich“, sagt Dentinger und bezieht sich auf den Namen für Pilzsammlungen in Museen. Sie erkundeten die Tiefen des Fungariums der NHMU und wandten sich an Mitarbeiter auf der ganzen Welt.

„Ohne die angesammelte Feldarbeit von 80 verschiedenen Personen wäre dies nicht möglich gewesen“, bemerkt Tremble. Alle Proben waren getrocknete Steinpilze, stabil und bereit für Tremble, um ihre DNA zu extrahieren. Da Boletus edulis-Mycelien eine überraschend lange Lebensdauer haben (schätzungsweise bis zu 45 Jahre), verwendeten sie nur Proben aus dem Jahr 1950, um sicherzustellen, dass die Studie nur wenige Generationen umfasste.

Tremble verwendete eine ausgeklügelte Software, um statistische Analysen dieser Proben durchzuführen. Er genotypisierte 792.923 SNPs (ausgesprochen „Snips“, Abkürzung für Single Nucleotide Polymorphisms), die die individuellen Unterschiede der 160 Porcini-Genome voneinander darstellen.

Um größere Abstammungslinien zu klassifizieren, filterte er die SNPs heraus, die nur in einer Probe vorhanden waren (die nur als „Familieneinheit“ oder individuelle Variante betrachtet würde), sodass er stattdessen nur größere Unterschiede zwischen Genomen beobachten konnte. Am Ende identifizierte Tremble 6 Hauptlinien.

Tremble fütterte seine Daten in mathematische Modelle und entdeckte ein komplexes Netz genomischer Vermischung, in dem Abstammungslinien trotz Beweisen, dass andere Abstammungslinien sich mit ihnen vermischt hatten, unterschiedlich blieben. Ihre Modellierung und die geografischen Stichprobendaten zeigten, dass diese Fähigkeit, sich zu unterscheiden, auf die Anpassung an die Umwelt und nicht auf die physische Isolation zurückzuführen war.

Abstammung oder Art?

Tremble und Dentinger gehen entschieden agnostisch an die Frage heran, ob sie diese 6 unterschiedlichen Abstammungslinien als „Spezies“ identifizieren sollten. Sie verzichten in ihrer Arbeit darauf, weil sie sich auf die genetischen Daten und die größeren Fragen im Zusammenhang mit Strategien in der Evolutionsbiologie konzentrieren wollen. Außerdem ist diese Artendiskussion eine verärgerte Konversation.

„Es gibt keinen formalen Prozess zur Definition einer Art“, bemerkt Tremble, „es ist eine andauernde Debatte. Wir wollten sie nicht als Arten oder Unterarten bezeichnen, weil dies automatisch impliziert, dass es sich um separat entwickelnde Gruppen handelt, was sie definitiv nicht sind. “ Sie haben sich entschieden, sie Abstammungslinien zu nennen, weil dieser Begriff genetisch auflösbar ist, d. h. Abstammungslinien können mit statistischen genetischen Ansätzen quantitativ voneinander unterschieden werden.

Aber das bedeutet nicht, dass sie die Taxonomie nicht angehen wollen. „Dies wird ein bevorstehender Artikel in einer anderen Zeitschrift sein“, sagt Dentinger. Die Welt der Pilze hat nie die viktorianische Ära-Explosion der Identifizierung und Benennung von Arten erlebt, die es bei Tieren und Pflanzen gab. Da nur schätzungsweise 5 % der Pilzvielfalt identifiziert sind, müssen Benennungen und Taxonomien vorgenommen werden, und sei es nur, um Mykologen dabei zu helfen, über ihr Thema zu sprechen.

Wie auch immer die Arten-Unterarten-Taxonomie für Boletus edulis aus dem Ruder läuft, versichert uns Dentinger eines: „Terroir ist wichtiger als gedacht.“

Finden Sie also einen Pilzsammler und stellen Sie sich auf seine gute Seite, um die Steinpilze zu finden, die am besten zu Ihrem Gaumen passen.