Před dvěma desetiletími zjistila ekoložka Suzanne Simardová během výzkumu své doktorské práce, že stromy si sdělují své potřeby a posílají si živiny prostřednictvím sítě mřížkovitých hub zakopaných v půdě – jinými slovy, že spolu „mluví“. Od té doby je Simardová, která nyní působí na Univerzitě v Britské Kolumbii, průkopnicí dalšího výzkumu toho, jak spolu stromy komunikují, včetně toho, jak tyto houbové vláknité sítě pomáhají stromům vysílat varovné signály o změnách prostředí, hledat příbuzné a předávat své živiny sousedním rostlinám před jejich odumřením.
Pomocí výrazů jako „lesní moudrost“ a „mateřské stromy“, když hovoří o tomto propracovaném systému, který přirovnává k neuronovým sítím v lidském mozku, pomohla Simardová změnit způsob, jakým vědci definují interakce mezi rostlinami. „Les je kooperativní systém,“ řekla v rozhovoru pro Yale Environment 360. „Používání jazyka ‚komunikace‘ mi dávalo větší smysl, protože jsme se zabývali nejen přenosem zdrojů, ale i takovými věcmi, jako je obranná signalizace a signalizace rozpoznávání příbuzných. My jako lidské bytosti se s tím dokážeme lépe ztotožnit. Pokud se s tím dokážeme ztotožnit, budeme se o to více zajímat. Pokud se o to budeme více zajímat, pak budeme lépe spravovat naši krajinu.“
Simard se nyní zaměřuje na pochopení toho, jak by tyto životně důležité komunikační sítě mohly být narušeny environmentálními hrozbami, jako je změna klimatu, napadení borovicí a těžba dřeva. „Tyto sítě budou pokračovat,“ řekla. „Zda budou prospěšné pro původní druhy rostlin, nebo pro exoty, invazní plevele a tak dále, to se teprve ukáže.“
Yale Environment 360: Ne všechny doktorské práce jsou publikovány v časopise Nature. Ale v roce 1997 byla část té vaší. Pomocí radioaktivních izotopů uhlíku jste zjistil, že papírové břízy a douglasky používají ke vzájemné interakci podzemní síť. Povězte mi o těchto interakcích.
Suzanne Simardová: Všechny stromy na celém světě, včetně břízy papírové a douglasky tisolisté, vytvářejí symbiotické spojení s podzemními houbami. Jsou to houby, které jsou rostlinám prospěšné, a díky této asociaci houba, která samozřejmě nemůže fotosyntetizovat, zkoumá půdu. V podstatě posílá mycelium neboli vlákna po celé půdě, sbírá živiny a vodu, zejména fosfor a dusík, přináší je zpět k rostlině a vyměňuje tyto živiny a vodu za fotosyntézu rostliny. Rostlina fixuje uhlík a následně jej vyměňuje za živiny, které potřebuje pro svůj metabolismus. Vyplácí se to oběma.
Je to taková síť, něco jako podzemní potrubí, která spojuje kořenový systém jednoho stromu s kořenovým systémem druhého stromu, takže mezi stromy dochází k výměně živin, uhlíku a vody. V přirozeném lese Britské Kolumbie rostou bříza papírovitá a douglaska tisolistá společně v raně sukcesních lesních společenstvech. Vzájemně si konkurují, ale naše práce ukazuje, že spolu také spolupracují tím, že si prostřednictvím mykorhizních sítí posílají živiny a uhlík sem a tam.
e360: A dokážou poznat, kdy jeden strom potřebuje pomoc navíc oproti druhému, je to tak?
Simard: Přesně tak. Provedli jsme řadu experimentů a snažili se zjistit, co řídí výměnu. Mějte na paměti, že jde o výměnu tam a zpět, takže někdy dostane více bříza a někdy jedle. Záleží na ekologických faktorech, které v danou chvíli probíhají.
Jednou z důležitých věcí, které jsme v tomto konkrétním experimentu testovali, bylo zastínění. Čím více byla douglaska v létě zastíněná, tím více přebytečného uhlíku měla bříza, který přešel do jedle. Později na podzim, když bříza ztrácela listy a jedle měla přebytek uhlíku, protože stále fotosyntetizovala, se čistý přenos této výměny vrátil zpět k bříze.
Podílejí se na tom pravděpodobně také houbové faktory. Například houba, která propojuje síť, se bude snažit zajistit si zdroje uhlíku. I když tomu moc nerozumíme, z evolučního hlediska to dává smysl. Houba je v tom kvůli vlastní obživě, aby si zajistila bezpečnou potravinovou základnu do budoucna, takže pomůže usměrnit tento přenos uhlíku k různým rostlinám.
Nedomnívám se, že by někdy chyběla schopnost vytvářet síť, ale síť může být jiná.
e360: Myslíte si, že tento systém výměny platí i v jiných ekosystémech, jako jsou například travnaté plochy? Byly na toto téma provedeny nějaké práce?
Simard: Ano, nejen v mé laboratoři, ale i v jiných laboratořích dávno přede mnou“¦ Travní porosty, a dokonce i některé nám známé druhy stromů, jako jsou javory a cedry, tvoří jiný typ mykorhizy. V Britské Kolumbii máme rozsáhlé travnaté plochy, které procházejí vnitrozemím provincie a stýkají se s lesem. Zkoumáme, jak tyto travnaté plochy, které jsou primárně arbuskulárně mykorhizní, interagují s našimi ektomykorhizními lesy, protože se předpokládá, že s měnícím se klimatem se travnaté plochy přesunou do lesů.
e360: Bude tato výměna pokračovat i při změně klimatu, nebo bude komunikace zablokována?
Simard: Nemyslím si, že bude zablokována. Nemyslím si, že by někdy chyběla schopnost vytvořit síť, ale ta síť může být jiná. Například do ní budou pravděpodobně zapojeny různé houby, ale myslím, že tyto sítě budou pokračovat. Jestli budou prospěšné pro původní druhy rostlin, nebo pro exoty, nebo invazní plevele a tak dále, to se teprve uvidí.
e360: Díky molekulárním nástrojům jste s jedním ze svých postgraduálních studentů objevil to, čemu říkáte hub neboli mateřské stromy. Co jsou zač a jaká je jejich úloha v lese?
Simard: Kevin Beiler, který byl studentem doktorského studia, provedl opravdu elegantní práci, při níž se pomocí analýzy DNA zabýval krátkými sekvencemi DNA u stromů a houbových jedinců v částech lesa s douglaskou. Podařilo se mu zmapovat síť dvou příbuzných sesterských specií mykorhizních hub a to, jak propojují stromy douglasky v tomto lese.
Jen vytvořením této mapy dokázal ukázat, že všechny stromy jsou v podstatě, až na několik ojedinělých , propojeny. Zjistil, že největší a nejstarší stromy v síti byly nejvíce propojeny, zatímco menší stromy nebyly propojeny s tolika jinými stromy. Velké staré stromy mají větší kořenový systém a spojují se s většími mykorhizními sítěmi. Mají více uhlíku, který proudí do sítě, mají více kořenových špiček. Dává tedy smysl, že budou mít více vazeb na ostatní stromy kolem sebe.
V pozdějších pokusech jsme sledovali, zda tyto starší stromy dokáží rozpoznat příbuzné, zda semenáčky, které kolem nich regenerují, jsou ze stejného příbuzenstva, zda jsou to potomci nebo ne, a zda mohou tyto semenáčky zvýhodňovat – a zjistili jsme, že mohou. Tak jsme přišli na termín „mateřský strom“, protože jsou to největší, nejstarší stromy a víme, že mohou pečovat o své vlastní příbuzné.
e360: Také jste zjistili, že když tyto stromy odumírají, mají překvapivou ekologickou hodnotu, která se neuvědomuje, pokud jsou sklizeny příliš brzy.
Simard: Tento experiment jsme vlastně dělali ve skleníku. Pěstovali jsme sazenice se sousedy , a tu, která by plnila funkci mateřského stromu, starší sazenici jedle, jsme poranili. Použili jsme borovici ponderosa, protože je to druh rostoucí v nižších nadmořských výškách, u kterého se očekává, že s klimatickými změnami začne nahrazovat douglasku. Chtěl jsem zjistit, zda nedochází k nějakému přenosu dědictví starého lesa na nový les, který bude se změnou klimatu migrovat směrem nahoru a na sever.
Když jsme tyto douglasky poranili, zjistili jsme, že se stalo několik věcí. První z nich je, že douglaska vypustila svůj uhlík do sítě a ten byl pohlcen borovicí ponderosa. Za druhé, obranné enzymy douglasky a borovice ponderosa se v reakci na toto poranění „zvýšily“. Interpretovali jsme to jako obrannou signalizaci probíhající prostřednictvím sítí stromů. K těmto dvěma reakcím – přenosu uhlíku a obrannému signálu – docházelo pouze tam, kde byla neporušená mykorhizní síť. Tam, kde jsme síť přerušili, k tomu nedošlo.
Interpretace byla taková, že původní druh, který je v důsledku klimatických změn nahrazován novým druhem, vysílá sousedním semenáčkům uhlíkové a varovné signály, aby jim poskytl náskok při přebírání dominantnější role v ekosystému.
e360: Mluvil jste o tom, že když jste v roce 1997 poprvé publikoval svou práci o interakci mezi stromy, neměl jste používat slovo „komunikace“, pokud šlo o rostliny. Nyní bez ostychu používáte výrazy jako lesní moudrost a mateřské stromy. Dostal jste za to flack?
Simard: Je tam asi mnohem víc flacků, než o kterých vůbec slyším. Poprvé jsem se začal zabývat lesnickým výzkumem ve svých dvaceti letech a teď mi táhne na padesát, takže už je to 35 let. Vždy jsem si byl velmi vědom toho, že musím dodržovat vědeckou metodu a dávat si velký pozor na to, abych nepřekračoval rámec toho, co říkají data. Ale přijde okamžik, kdy si uvědomíte, že tato jakási tradiční vědecká metoda jde jen do určité míry a že v lesích se toho děje mnohem víc, než jsme schopni pomocí tradičních vědeckých technik skutečně pochopit.
Takže jsem otevřel svou mysl a řekl si, že do toho musíme vnést lidské aspekty, abychom hlouběji a názorněji pochopili, co se děje v těchto živých tvorech, druzích, které nejsou jen těmi neživými objekty. Také jsme začali chápat, že nejde jen o přesun zdrojů mezi rostlinami. Je to mnohem víc než to. Les je kooperativní systém, a kdyby v něm šlo jen o soupeření, byl by mnohem jednodušší. Proč by byl les tak rozmanitý? Proč by měl být tak dynamický?
Podle mě dávalo použití jazyka komunikace větší smysl, protože jsme se zabývali nejen přenosem zdrojů, ale i takovými věcmi, jako je signalizace obrany a signalizace rozpoznání příbuzných. Chování rostlin, odesílatelů a příjemců, toto chování se mění podle této komunikace nebo tohoto pohybu věcí mezi nimi.
Také my jako lidské bytosti se s tím můžeme lépe ztotožnit. Pokud se s tím dokážeme ztotožnit, budeme se o to více zajímat. Pokud se o to budeme více zajímat, pak budeme lépe spravovat naši krajinu.
Pokud ponecháme stromy, které podporují nejen mykorhizní sítě, ale i další sítě tvorů, pak se les obnoví.
e360: Horský borový brouk devastuje západní krajinu, ničí borovice a smrky. Jste spoluautorem výzkumu o tom, co útoky borovice způsobují mykorhizním sítím. Co jste zjistil a jaké jsou důsledky pro obnovu těchto lesů?
Simard: Tuto práci vedl Greg Pec, postgraduální student na univerzitě v Albertě. První fáze (útoku) se nazývá zelený útok. Ze zeleného útoku se přechází na červený útok a šedý útok. Takže v podstatě do třetího nebo čtvrtého roku jsou porosty mrtvé.
Z těchto různých porostů jsme odebrali půdu a vypěstovali v nich sazenice borovice kleče. Zjistili jsme, že s postupem času, kdy docházelo k odumírání, se tato mykorhizní síť stávala méně rozmanitou a také se měnil obranný enzym u sazenic, které byly v těchto půdách pěstovány. Rozmanitost těchto molekul se snížila. Čím déle byly stromy mrtvé, tím nižší byla diverzita mykorhiz a tím nižší byla diverzita obranných molekul v těchto semenáčcích.
Greg při zkoumání diverzity hub v těchto porostech zjistil, že i když se diverzita hub změnila, mykorhizní síť byla stále důležitá pro pomoc při regeneraci nových semenáčků, které vyrůstaly v podrostu.
I když se složení této mykorhizní sítě mění, stále se jedná o funkční síť, která je schopna usnadnit regeneraci nového porostu.
e360: Co vám vaše práce říká o tom, jak zachovat odolnost lesa, pokud jde o těžbu dřeva a klimatické změny?
Simard: Odolnost je skutečně o schopnosti ekosystémů obnovit své struktury a funkce v rámci různých možností. Zejména pro lesy jsou stromy základem. Poskytují životní prostředí ostatním živočichům, ale také zajišťují fungování lesa. Odolnost v lese znamená schopnost regenerace stromů. Je toho hodně, co lze udělat, aby se to usnadnilo díky těmto mykorhizním sítím, o nichž víme, že jsou důležité pro umožnění regenerace stromů. Důležité je to, co po sobě zanecháme. Pokud po sobě zanecháme stromy, které podporují nejen mykorhizní sítě, ale i další sítě živočichů, pak se les obnoví. Myslím, že rozhodujícím krokem je zachování této schopnosti regenerace stromů.
e360: Mluvil jste o tom, že doufáte, že vaše zjištění ovlivní způsoby těžby dřeva v Britské Kolumbii i jinde. Stalo se tak?
Simard: Jaký je váš cíl? Konkrétně moje práce ne. Od osmdesátých a devadesátých let se tato myšlenka zachování starších stromů a odkazů v lesích znovu prosadila. V průběhu 90. let jsme v západní Kanadě přijali mnoho těchto metodik, které nebyly založeny na mykorhizních sítích. Bylo to spíše kvůli volně žijícím živočichům a ponechávání dřeva jako biotopu pro další živočichy.
Ale z velké části, zejména v posledním desetiletí a půl, se hodně odklonilo od kácení s ne tak velkou retencí. Částečně k tomu přispěla epidemie horského borového brouka, která stále pokračuje. Dobré lesnické postupy, které se rozvíjely, byly smeteny při záchranné těžbě těchto odumírajících stromů.
VÍCE Z YALE e360Ohrožuje změna klimatu světové mikrobiomy?
Výzkumníci teprve začínají chápat složitost mikrobů v zemské půdě a roli, kterou hrají při podpoře zdravých ekosystémů. Nyní hrozí, že změna klimatu tyto mikroby a klíčové funkce, které zajišťují, naruší. přečtěte si více
Dnes se lidé stále snaží o retenční lesní hospodářství, ale to prostě nestačí. Příliš často se ponechávají jen symbolické stromy. Začínáme pracovat na novém výzkumném projektu, jehož cílem je otestovat různé druhy retence, které chrání mateřské stromy a sítě.
e360: To je ten grant, který jste právě obdrželi od kanadské vlády na přehodnocení současných postupů obnovy lesů?
Simard: Ano, jsme z toho opravdu nadšeni. Testujeme myšlenku ponechání mateřských stromů v různých konfiguracích – tedy jejich ponechání jako jednotlivců, jako skupin, jako ochranných dřevin, a poté obnovu lesa pomocí kombinace přirozené obnovy a tradičních obnovních postupů. Testujeme je v různých klimatických podmínkách douglaskového lesa, od velmi suchých a horkých až po chladné a vlhké. Celkem se bude jednat o 75 lokalit, které procházejí tímto klimatickým gradientem. Budeme měřit například koloběh uhlíku, produktivitu a rozmanitost ptáků a hmyzu. A máme velký zájem ze strany skupin Prvních národů v Britské Kolumbii, protože tato myšlenka mateřských stromů a výchovy nových generací velmi zapadá do pohledu Prvních národů na svět.