Группа учёных под соруководством исследователя из Университета Пердью обнаружила, что группы грибов по-разному влияют на виды деревьев в мире в зависимости от широты и засушливости. Данные группы подчёркивают важность взаимовыгодного подземного взаимодействия между микоризными грибами и деревьями.
Все микоризные грибы добывают питательные вещества из почвы и предоставляют их деревьям в обмен на углеводы, полученные в результате фотосинтеза деревьев. Однако эктомикоризные и арбускулярные микоризные группы грибов, которые живут симбиотически с корнями растений, делают это по-разному, что оказывает глубокое влияние на разнообразие лесных деревьев.
«То, что мы видим над землёй, во многом определяется тем, что происходит под землёй», — сказала Цзинцзин Лян, доцент кафедры количественной лесной экологии в Пердью.
Лян и Чжихэн Ван из Пекинского университета возглавили группу из более чем 150 соавторов, которые опубликовали свои результаты в журнале Science Advances. Исследователи использовали данные более чем 442 000 лесных участков по всему миру. Их выводы показывают, как симбиотические отношения эктомикоризных и арбускулярных микоризных грибов с деревьями влияют на видовое разнообразие в экосистемах.
Ван отметил, что разнообразие видов деревьев в лесах подвергается серьёзным угрозам из-за изменения климата и деятельности человека. «Потеря разнообразия видов деревьев может нанести ущерб экосистемным услугам, предоставляемым лесами. Понимание механизмов, обеспечивающих сохранение разнообразия видов деревьев, имеет основополагающее значение для сохранения этого разнообразия», — сказал он.
Лян сравнила получение более глубокого понимания подземных взаимоотношений между микоризными грибами и видами деревьев с лечением пациента. «Мы должны смотреть не только на поверхностные симптомы. Мы должны смотреть вглубь, буквально к корням проблем, и это подземный мутуализм», — сказала она.
Три противоречивые гипотезы о влиянии грибов на разнообразие видов деревьев долгое время были предметом споров. Но новое исследование показывает, что все три гипотезы имеют контекстуальную обоснованность. «Наши результаты устраняют несоответствия в отношении того, как микоризный симбиоз влияет на разнообразие видов деревьев», — отметил Ван.
Влияние грибов на разнообразие видов деревьев
Учёные предложили проект в рамках инициативы Global Forest Biodiversity Initiative (GFBI). Поддерживающая киберинфраструктура GFBI, Science-i, предоставила средства для сбора данных и поиска соавторов для проекта со всего мира.
Подобные исследования проводились и ранее, но в гораздо меньшем масштабе и в основном на основе менее представительных наборов данных. Новое исследование основано на более крупных и репрезентативных данных лесных инвентаризаций, включающих точное обилие и состав видов деревьев в различных лесных сообществах по всему миру.
«Благодаря этим данным мы смогли очень точно зафиксировать взаимосвязь между различными типами микоризных грибов и разнообразием лесных деревьев», — сказал Лян.
После стандартизации и интеграции различных наборов данных исследователи применили несколько статистических подходов к анализу. Сочетание сильных сторон различных моделей позволило им отфильтровать шум из сложных экологических данных и обнаружить скрытые тенденции.
Эколог из Мичиганского университета Питер Райх, старший соавтор статьи, назвал эти выводы наиболее ценной частью исследования. «Это понимание было бы невозможно без полноты этого набора данных, который позволяет нам проводить тестирование в условиях больших градиентов температуры, влажности и широты», — сказал он.
Райх также отметил, что без комплексного набора данных тенденция эктомикоризы доминировать в холодных условиях с ограниченными ресурсами, где также наблюдается низкое видовое разнообразие деревьев, могла бы замаскировать более сложную закономерность.
«Но, разделяя температуру и влажность, мы видим, что, когда условия в целом хорошие, чем больше эктомикоризных грибов, тем больше они способствуют снижению видового богатства деревьев», — сказал Райх. «Это, вероятно, происходит через сложный набор связей. Доминирующие виды деревьев имеют тенденцию вытеснять менее доминирующие виды из любого леса, но патогены корней часто сдерживают доминирующие виды деревьев, позволяя большему количеству видов деревьев процветать».
«Если эктомикоризы многочисленны, это хорошая новость для деревьев, потому что они подавляют корневых патогенов, но, вопреки здравому смыслу, это может снизить видовое богатство деревьев, потому что без этих патогенов доминирующие виды деревьев процветают и вытесняют большее количество менее доминирующих видов», — пояснил Райх.
В то же время, когда другие стрессовые факторы, такие как низкая доступность влаги или холодные условия, ограничивают количество видов деревьев, смесь или разнообразие, создаваемое обоими типами грибов, связано с самым высоким видовым разнообразием деревьев. В стрессовых условиях, объяснил Райх, улучшенное приобретение ресурсов помогает большему разнообразию деревьев сосуществовать, в то время как патогены, зависящие от плотности, играют менее важную роль.
«Оба способа влияния на разнообразие деревьев реальны, но их относительный баланс и масштабы воздействия варьируются в зависимости от условий окружающей среды», — сказал Райх.
Это исследование не только помогает разрешить давние споры, но и может вдохновить будущие исследования. Например, управляет ли подземный мутуализм моделями за пределами видового разнообразия? Сколько углерода, который леса поглощают на поверхности, можно отнести к подземной активности?
«И что мы можем сделать для улучшения здоровья нашей лесной экосистемы, видя не только то, что находится на поверхности, но и то, что находится под землёй?» — спросила Лян.