Wenn man in einem Espenhain steht, umgeben von schlanken weißen Stämmen und einem Blätterdach, das bei der leichtesten Brise raschelt, kann man leicht nur an die Bäume denken.
In den Wurzeln, im Boden und in den flatternden Blättern verbergen sich jedoch komplexe Netzwerke von Pilzen. Einige Pilze in diesen Netzwerken können Espen und nahe verwandte Bäume der Gattung Populus dabei unterstützen, Wasser und Nährstoffe aus dem Boden aufzunehmen, während andere Krankheiten in den Blättern der Pflanzen verursachen können.
Jüngste Untersuchungen der Stanford University deuten darauf hin, dass der Klimawandel das Gleichgewicht zwischen nützlichen und schädlichen Pilzen in Populus-Hainen stören wird, da steigende Temperaturen und veränderte Niederschlagsmuster dazu führen, dass in trockeneren Regionen weniger Arten nützlicher Boden- und Wurzelpilze vorkommen und das Wachstum potenziell pathogener Blattpilze darin gefördert wird feuchtere Gebiete.
„Es gibt viele Fragen zu beantworten, wenn wir verstehen wollen, wie diese mikrobiellen Gemeinschaften die Zukunft wirklich wichtiger Ökosysteme beeinflussen werden“, sagte der leitende Studienautor Kabir Peay, außerordentlicher Professor für Erdsystemwissenschaften an der Stanford Doerr School of Nachhaltigkeit und Biologie im Bereich Geistes- und Naturwissenschaften.
Die neue Studie katalogisiert die Pilzvielfalt im Zusammenhang mit fünf Populus-Arten in 94 Wäldern in 21 Bundesstaaten und baut auf mehr als einem Jahrzehnt Arbeit des Peay Lab in Stanford auf, um die Pilzvielfalt zu kartieren und ihre Beziehung zur Zukunft der Wälder zu verstehen.
Die Studie wurde am 16. November veröffentlicht Naturmikrobiologiesagt auch voraus, wie verschiedene Gruppen von Pilzen, die mit Populus-Bäumen in Verbindung stehen, auf den Klimawandel reagieren werden – und bauen damit auf frühere Forschungen der Gruppe auf, die sich auf symbiotische Mikroben in Kiefernwäldern konzentrierten.
An extrem trockenen Orten wie den Wüsten im Südwesten der USA stellten die Autoren fest, dass die Bäume dazu neigen, eine einzigartige Mykorrhiza-Pilzart zu beherbergen, die sich mit den Wurzeln einer Pflanze verbindet und ihr dabei hilft, Wasser und Nährstoffe zu erhalten.
Als sie extremere Temperaturen und Dürren simulierten, die aufgrund des Klimawandels in diesen Gebieten vorhergesagt wurden, nahm die Häufigkeit von Mykorrhizapilzen zu, was darauf hindeutet, dass die Bäume möglicherweise zusätzliche Hilfe von Pilzen erhalten, um ihren Durst zu stillen, wenn das Wasser knapp ist. Allerdings war die Vielfalt der Mykorrhiza-Pilzarten in diesen ausgedörrten Umgebungen weitaus weniger vielfältig als in gemäßigteren Klimazonen und wird voraussichtlich noch weiter abnehmen, wenn die Temperaturen steigen.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass gefährdete Populus-Bäume möglicherweise weniger Pilzsymbionten zur Auswahl haben, da die globale Erwärmung zunehmend heißes und trockenes Wetter in den Südwesten bringt. Pilze bevorzugen tendenziell feuchtere Umgebungen, daher ist es wahrscheinlich, dass viele Arten mit dem Feuchtigkeitsmangel nicht umgehen können.
„Vielfalt ist wirklich wichtig für die Stabilität und Gesamtproduktivität dieser Systeme, daher ist es ziemlich besorgniserregend, dass wir einen Rückgang der Pilzvielfalt erleben könnten“, sagte Co-Hauptautor der Studie Michael Van Nuland, ein ehemaliger Postdoktorand an der Stanford University, der jetzt leitender Datenwissenschaftler bei ist die Gesellschaft zum Schutz unterirdischer Netzwerke (SPUN).
Zukünftiger Naturschutz
Aufgrund ihres großen Verbreitungsgebiets, ihrer Fähigkeit, in einer Vielzahl von Ökosystemen zu gedeihen, und ihres schnellen Nachwachsens nach Waldbränden unterstützen Populus-Bäume Tausende anderer Arten, binden erhebliche Mengen Kohlenstoff im Boden und erbringen andere lebenswichtige Ökosystemdienstleistungen. Zu verstehen, wie Populus-Bäume mit Pilzgemeinschaften interagieren und wie sich diese Beziehungen in der Zukunft wahrscheinlich ändern werden, könnte sich auf den Schutz und die Wiederherstellung von Wäldern in ganz Nordamerika auswirken.
Wenn Forscher beispielsweise herausfinden können, welche Mikroben am besten dafür geeignet sind, Bäumen das Überleben bei wärmeren Temperaturen zu erleichtern, könnte es möglich sein, diese Pilze dem Boden oder den Blättern hinzuzufügen, um den Bäumen zu helfen, mit dem Klima zurechtzukommen. Auch beim Anbau könnte es hilfreich sein: Populus-Arten gelten aufgrund ihres schnellen Wachstums als Quelle für Biokraftstoffe.
Klimabedingte Veränderungen in Pilzgemeinschaften könnten sich auf die Gesundheit von Waldökosystemen auf der ganzen Welt auswirken, da die meisten Baumarten zum Gedeihen auf Pilzpartnerschaften angewiesen sind. Mykorrhizapilze in den Wurzeln und im umgebenden Boden helfen Bäumen nicht nur bei der Bewältigung von Dürreperioden, sie fungieren oft auch als Handelspartner, indem sie Kohlenstoff im Austausch gegen Nährstoffe akzeptieren, die Bäume benötigen, wie Phosphor und Stickstoff. Viele andere funktionieren wahrscheinlich auf eine Weise, die Wissenschaftler noch nicht identifiziert haben.
Veränderte Bedingungen, sich verändernde Gemeinschaften
Um eine breite Stichprobe der Pilzgemeinschaften zu erhalten, die mit Populus-Bäumen koexistieren, sammelten die Forscher Blätter, Wurzeln und Erde aus Populus-Hainen in Gebieten, die von den Wüsten Arizonas und den feuchten Wäldern Louisianas bis hin zur kanadischen Grenze reichen. In jeder Probe identifizierten sie, welche Pilze vorhanden waren und wie häufig sie vorkamen, und fanden insgesamt mehr als 9.500 Pilzarten.
„Einige dieser Populus-Arten haben riesige geografische Verbreitungsgebiete“, sagte die Co-Leiterin der Studie, Caroline Daws, Ph.D., eine Dozentin an der Stanford University, die ihre Doktorarbeit in Peays Labor durchführte.
„Die Betrachtung der gleichen Art unter vielen unterschiedlichen Umweltbedingungen – unterschiedliche Bodenarten, Temperaturen, saisonale Niederschläge – gab uns einen Eindruck von der gesamten Vielfalt der Pilze, die mit diesen Bäumen in Verbindung stehen können, und wie einzelne Baumpopulationen unter ganz unterschiedlichen Bedingungen überleben können.“ Umgebungen.“
„Wir hoffen, dass diese Arbeit dazu beiträgt, Licht auf die immense Vielfalt des Pilzlebens in unseren Böden und in unseren Pflanzengemeinschaften zu werfen“, sagte Peay. „Wir können sie mit unseren Augen nicht leicht erkennen, aber sie haben einen großen Einfluss auf die Welt um uns herum.“
Mehr Informationen:
Michael E. Van Nuland et al., Ober- und unterirdische Pilzbiodiversität von Populus-Bäumen auf kontinentaler Ebene, Naturmikrobiologie (2023). DOI: 10.1038/s41564-023-01514-8