Kaksi vuosikymmentä sitten ekologi Suzanne Simard havaitsi väitöskirjaansa tutkiessaan, että puut kommunikoivat tarpeistaan ja lähettävät toisilleen ravinteita maaperään haudattujen ristikkäisten sienien verkoston välityksellä – toisin sanoen, kuten hän havaitsi, ne ”puhuvat” toisilleen. Sittemmin Simard, joka työskentelee nykyään Brittiläisen Kolumbian yliopistossa, on ollut edelläkävijä lisätutkimuksissa siitä, miten puut keskustelevat keskenään. Hän on muun muassa tutkinut, miten nämä sieniristikot auttavat puita lähettämään varoitussignaaleja ympäristön muutoksista, etsimään sukulaisiaan ja siirtämään ravinteita naapurikasveille ennen niiden kuolemaa.
Käyttämällä ilmaisuja kuten ”metsän viisaus” ja ”puiden äidit” puhuessaan tästä hienostuneesta järjestelmästä, jota hän vertaa ihmisen aivojen hermoverkkoihin, Simardin työ on auttanut muuttamaan tapaa, jolla tiedemiehet määrittelevät kasvien välisen vuorovaikutuksen. ”Metsä on yhteistyöhön perustuva järjestelmä”, hän sanoi Yale Environment 360 -lehden haastattelussa. ”Minusta ’viestinnän’ käyttäminen oli järkevämpää, koska emme tarkastelleet vain resurssien siirtoa vaan myös sellaisia asioita kuin puolustussignaalien antamista ja sukulaisten tunnistamista. Me ihmiset pystymme samaistumaan tähän paremmin. Jos voimme samaistua siihen, välitämme siitä enemmän. Jos välitämme siitä enemmän, hoidamme maisemaamme paremmin.”
Simard keskittyy nyt ymmärtämään, miten nämä elintärkeät viestintäverkostot voivat häiriintyä ympäristöuhkien, kuten ilmastonmuutoksen, mäntykovakuoriaistuhojen ja puunkorjuun vuoksi. ”Nämä verkostot jatkuvat”, hän sanoi. ”Se, ovatko ne hyödyllisiä alkuperäisille kasvilajeille vai eksoottisille lajeille, vieraslajeille, rikkaruohoille ja niin edelleen, jää nähtäväksi.”
Yale Environment 360: Kaikkia väitöskirjoja ei julkaista Nature-lehdessä. Mutta vuonna 1997 osa sinun väitöskirjastasi oli. Käytit hiilen radioaktiivisia isotooppeja selvittääksesi, että paperikoivut ja Douglas-kuuset käyttivät maanalaista verkostoa vuorovaikutukseen toistensa kanssa. Kerro minulle näistä vuorovaikutussuhteista.
Suzanne Simard: Kaikki puut kaikkialla maailmassa, myös paperikoivu ja Douglas-kuusi, muodostavat symbioottisen yhteyden maanalaisten sienten kanssa. Nämä sienet ovat kasveille hyödyllisiä ja tämän assosiaation kautta sieni, joka ei tietenkään pysty fotosynteesiin, tutkii maaperää. Periaatteessa se lähettää myseeliä eli säikeitä pitkin maata, kerää ravinteita ja vettä, erityisesti fosforia ja typpeä, tuo ne takaisin kasville ja vaihtaa nämä ravinteet ja veden kasvin fotosynteesiin. Kasvi sitoo hiiltä ja vaihtaa sen sitten ravinteisiin, joita se tarvitsee aineenvaihduntaansa varten. Se hyödyttää molempia.
Se on tämä verkosto, eräänlainen maanalainen putki, joka yhdistää puun juuriston toiseen puun juuristoon, jotta ravinteet, hiili ja vesi voivat vaihtua puiden välillä. Brittiläisen Kolumbian luonnontilaisessa metsässä paperikoivu ja Douglas-kuusi kasvavat yhdessä varhaisessa sukkessiossa olevissa metsäyhteisöissä. Ne kilpailevat keskenään, mutta työmme osoittaa, että ne tekevät myös yhteistyötä toistensa kanssa lähettämällä ravinteita ja hiiltä edestakaisin mykorritsaverkostojensa kautta.
e360: Ja ne pystyvät erottamaan, milloin toinen tarvitsee lisäapua verrattuna toiseen, eikö niin?
Simard: Simard: Aivan oikein. Olemme tehneet joukon kokeita yrittäessämme selvittää, mikä ohjaa vaihtoa. Pitää muistaa, että kyseessä on edestakainen vaihto, joten joskus koivu saa enemmän ja joskus kuusi enemmän. Se riippuu kulloinkin vallitsevista ekologisista tekijöistä.
Yksi tärkeistä asioista, joita testasimme kyseisessä kokeessa, oli varjostus. Mitä enemmän Douglas-kuusi varjostui kesäisin, sitä enemmän koivun ylimääräistä hiiltä siirtyi kuuselle. Myöhemmin syksyllä, kun koivu oli menettämässä lehtensä ja kuusella oli ylimääräistä hiiltä, koska se vielä fotosyntetisoi, tämän vaihdon nettosiirto meni takaisin koivulle.
Tähän liittyy todennäköisesti myös sienitekijöitä. Esimerkiksi verkostoa yhdistävä sieni pyrkii turvaamaan hiililähteitään. Vaikka emme ymmärrä siitä paljoa, se on evoluution kannalta järkevää. Sieni on siinä mukana oman toimeentulonsa vuoksi, varmistaakseen, että sillä on turvattu ravintopohja tulevaisuudessa, joten se auttaa ohjaamaan tuota hiilen siirtoa eri kasveille.
En usko, että kyvystä muodostaa verkosto tulee koskaan olemaan puutetta, mutta verkosto saattaa olla erilainen.
e360: Luuletko, että tämä vaihtosysteemi pätee myös muissa ekosysteemeissä, kuten esimerkiksi niityillä? Onko siitä tehty tutkimuksia?
Simard: Kyllä, ei vain minun laboratoriossani, vaan myös muissa laboratorioissa paljon ennen minua.” ¦ Nurmikot ja jopa jotkut meille tutut puulajit, kuten vaahtera ja setri, muodostavat erityyppisen mykorritsan. Brittiläisessä Kolumbiassa on suuria nurmialueita, jotka kulkevat läpi maakunnan sisäosien ja liittyvät metsään. Tutkimme, miten nämä pääasiassa arbuskulaarista mykorritsasolukkoa sisältävät ruohoniityt ovat vuorovaikutuksessa ektomykorritsametsiemme kanssa, koska ilmaston muuttuessa ruohoniittyjen ennustetaan siirtyvän metsiin.
e360: Jatkuvatko nämä vaihdot ilmastonmuutoksen myötä vai estyykö viestintä?
Simard: En usko, että se estyy. En usko, että koskaan tulee olemaan pulaa kyvystä muodostaa verkosto, mutta verkosto voi olla erilainen. Esimerkiksi siihen tulee luultavasti osallistumaan erilaisia sieniä, mutta uskon että nämä verkostot tulevat jatkumaan. Se, ovatko ne hyödyllisiä alkuperäisille kasvilajeille vai eksoottisille lajeille tai vierasperäisille rikkakasveille ja niin edelleen, jää nähtäväksi.
e360: Sinä ja yksi jatko-opiskelijoistasi löysitte molekyylityökalujen avulla niin sanottuja hub- eli emopuita. Mitä ne ovat ja mikä on niiden rooli metsässä?
Simard: Kevin Beiler, joka oli tohtoriopiskelija, teki todella tyylikästä työtä, jossa hän käytti DNA-analyysia tarkastellakseen puiden ja sieniyksilöiden lyhyitä DNA-sekvenssejä Douglas-kuusimetsän laikuissa. Hän pystyi kartoittamaan kahden toisiinsa sukua olevan mykorritsasienen sisaruslajin verkoston ja sen, miten ne yhdistävät Douglas-kuusten puita kyseisessä metsässä.
Luomalla tuon kartan hän pystyi osoittamaan, että pohjimmiltaan kaikki puut, muutamaa yksittäistä lukuun ottamatta, olivat yhteydessä toisiinsa. Hän havaitsi, että verkoston suurimmat ja vanhimmat puut olivat vahvimmin yhteydessä toisiinsa, kun taas pienemmät puut eivät olleet yhteydessä yhtä moniin muihin puihin. Suurilla vanhoilla puilla on suuremmat juuristot, ja ne liittyvät suurempiin mykorritsaverkostoihin. Niillä on enemmän hiiltä, joka virtaa verkostoon, ja niillä on enemmän juurenkärkiä. Joten on järkevää, että niillä on enemmän yhteyksiä muihin puihin ympärillään.
Myöhemmissä kokeissa olemme tutkineet, pystyvätkö nämä vanhemmat puut tunnistamaan sukulaisiaan, ovatko niiden ympärillä uudistuvat taimet samaa sukua, ovatko ne jälkeläisiä vai eivät, ja pystyvätkö ne suosimaan näitä taimia – ja huomasimme, että ne pystyvät. Näin keksimme termin ”emopuu”, koska ne ovat suurimpia ja vanhimpia puita, ja tiedämme, että ne pystyvät vaalimaan omia sukulaisiaan.
e360: Havaitsitte myös, että kun nämä puut kuolevat, niillä on yllättävä ekologinen arvo, joka ei toteudu, jos ne korjataan liian aikaisin.
Simard: Simard: Teimme tämän kokeen itse asiassa kasvihuoneessa. Kasvatimme taimia naapureiden kanssa , ja vahingoitimme sitä, joka olisi toiminut emopuuna, vanhempaa kuusentaimea. Käytimme ponderosamäntyä, koska se on alempana sijaitseva laji, jonka odotetaan alkavan korvata Douglas-kuusta ilmaston muuttuessa. Halusin tietää, siirtyykö vanhan metsän perintö uuteen metsään, joka siirtyy ylöspäin ja pohjoiseen ilmaston muuttuessa.
Vahingoittaessamme näitä Douglas-kuusia huomasimme, että tapahtui pari asiaa. Yksi on se, että Douglas-kuusi heitti hiilensä verkkoon ja ponderosa-mänty otti sen talteen. Toiseksi, Douglas-kuusen ja ponderosa-männyn puolustusentsyymit ”säätäytyivät” vastauksena tähän vammaan. Tulkitsimme tämän olevan puiden verkostojen kautta tapahtuvaa puolustussignaalien välittämistä. Nämä kaksi reaktiota – hiilen siirto ja puolustussignaali – tapahtuivat vain siellä, missä mykorritsaverkosto oli ehjä. Siellä, missä katkaisimme verkoston, niitä ei tapahtunut.
Tulkintamme oli, että alkuperäinen laji, joka korvataan uudella lajilla ilmaston muuttuessa, lähettää hiilidioksidia ja varoitussignaaleja viereisille taimille antaakseen niille etumatkaa niiden ottaessa hallitsevamman roolin ekosysteemissä.
e360: Olet puhunut siitä, että kun julkaisit ensimmäisen kerran työsi puiden välisistä vuorovaikutussuhteista vuonna 1997, sanaa ”kommunikaatio” ei olisi pitänyt käyttää, kun puhuttiin kasveista. Nyt käytät häpeilemättä sellaisia ilmaisuja kuin metsän viisaus ja äitipuut. Oletko saanut siitä haukkuja?
Simard: Luultavasti paljon enemmän haukkuja kuin edes kuulen. Aloitin metsäntutkimuksen parikymppisenä ja nyt olen viisikymppinen, eli siitä on jo 35 vuotta. Olen aina ollut hyvin tietoinen siitä, että minun on noudatettava tieteellistä menetelmää ja oltava hyvin varovainen siinä, etten mene pidemmälle kuin mitä tiedot kertovat. Mutta jossain vaiheessa tajuaa, että perinteinen tieteellinen menetelmä ei riitä kovin pitkälle ja että metsissä tapahtuu paljon enemmän kuin mitä pystymme ymmärtämään perinteisillä tieteellisillä menetelmillä.
Siten avasin mieleni ja sanoin, että meidän on otettava mukaan inhimilliset näkökohdat, jotta ymmärtäisimme syvällisemmin ja visuaalisemmin, mitä näissä elävissä olennoissa tapahtuu, lajeissa, jotka eivät ole vain näitä elottomia esineitä. Aloimme myös ymmärtää, että kyse ei ole vain resurssien siirtämisestä kasvien välillä. Se on paljon muutakin. Metsä on yhteistyöhön perustuva järjestelmä, ja jos kyse olisi vain kilpailusta, se olisi paljon yksinkertaisempi paikka. Miksi metsä on niin monimuotoinen? Miksi se olisi niin dynaaminen?
Minusta kommunikaation kielen käyttäminen oli järkevämpää, koska emme tarkastelleet vain resurssien siirtoa, vaan myös sellaisia asioita kuin puolustuksen ja sukulaisten tunnistamisen signalointia. Kasvien, lähettäjien ja vastaanottajien, käyttäytyminen muuttuu tämän kommunikaation tai niiden välisen tavaran siirron mukaan.
Myös me ihmiset voimme suhtautua tähän paremmin. Jos voimme samaistua siihen, niin välitämme siitä enemmän. Jos välitämme siitä enemmän, hoidamme maisemaamme paremmin.
Jos jätämme puita, jotka tukevat mykorritsaverkostojen lisäksi myös muita verkostoja, metsä uudistuu.
e360: Vuorimäntykuoriainen tuhoaa länsimaisia maisemia tappaen mäntyjä ja kuusia. Olit mukana kirjoittamassa tutkimusta siitä, mitä mäntykovakuoriaisen hyökkäykset aiheuttavat mykorritsaverkostoille. Mitä saitte selville, ja mitä vaikutuksia sillä on näiden metsien uudistamiseen?
Simard: Työtä johti Albertan yliopiston jatko-opiskelija Greg Pec. Ensimmäistä vaihetta (hyökkäyksen) kutsutaan vihreäksi hyökkäykseksi. Ne siirtyvät vihreästä hyökkäyksestä punaiseen hyökkäykseen ja harmaaseen hyökkäykseen. Periaatteessa kolmanteen tai neljänteen vuoteen mennessä puusto on kuollut.
Otimme maaperää näistä eri metsiköistä ja kasvatimme niissä tukkimännyn taimia. Havaitsimme, että kun aika kului kuolevuuden myötä, tuo mykorritsaverkosto muuttui vähemmän monimuotoiseksi ja se muutti myös puolustusentsyymiä taimissa, joita kasvatettiin näissä maaperissä. Näiden molekyylien monimuotoisuus väheni. Mitä kauemmin puut olivat kuolleet, sitä pienempi oli mykorritsan monimuotoisuus ja sitä pienempi oli puolustusmolekyylien monimuotoisuus taimissa.
Greg havaitsi tarkastellessaan sienien monimuotoisuutta näissä metsiköissä, että vaikka sienien monimuotoisuus muuttui, mykorritsaverkosto oli edelleen tärkeä auttamaan aluskasvillisuuteen nousevien uusien taimien uudistumista.
Vaikka mykorritsaverkoston koostumus muuttuu, se on edelleen toimiva verkosto, joka pystyy helpottamaan uuden metsikön uudistumista.
e360: Mitä työnne kertoo siitä, miten metsän joustavuus voidaan säilyttää hakkuiden ja ilmastonmuutoksen suhteen?
Simard: Resilienssi tarkoittaa oikeastaan ekosysteemien kykyä palauttaa rakenteensa ja toimintansa erilaisten mahdollisuuksien puitteissa. Erityisesti metsien osalta puut ovat perusta. Ne tarjoavat elinympäristön muille eliöille, mutta myös saavat metsän toimimaan. Metsän sietokyky tarkoittaa kykyä uudistua. Sen helpottamiseksi voidaan tehdä paljon näiden mykorritsaverkostojen ansiosta, joiden tiedämme olevan tärkeitä puiden uudistumisen kannalta. Se, mitä jätämme jälkeemme, on niin tärkeää. Jos jätämme puita, jotka tukevat mykorritsaverkostojen lisäksi muitakin eliöverkostoja, metsä uudistuu. Uskon, että se on ratkaiseva askel, kun säilytetään kyky uudistaa puita.
e360: Olet puhunut toiveestasi, että tuloksesi vaikuttaisivat hakkuukäytäntöihin Brittiläisessä Kolumbiassa ja muualla. Onko näin käynyt?
Simard: Ei nimenomaan minun työni. 1980- ja 90-luvuilla alkaen ajatus vanhojen puiden ja perinnön säilyttämisestä metsissä sai jälleen jalansijaa. Länsi-Kanadassa otimme 1990-luvulla käyttöön paljon sellaisia menetelmiä, jotka eivät perustuneet mykorritsaverkostoihin. Kyse oli enemmänkin luonnonvaraisista eläimistä ja kaatuneiden puiden säilyttämisestä muiden olentojen elinympäristönä.
Mutta suurimmaksi osaksi, erityisesti viimeisen puolentoista vuosikymmenen aikana, on siirrytty raivaushakkuuseen, eikä puita ole juurikaan säilytetty. Osittain siihen vaikutti vuoristomäntykuoriaisen puhkeaminen, joka on edelleen käynnissä. Hyviä metsänhoitokäytäntöjä, jotka olivat kehittymässä, pyyhkäistiin pois kuolemassa olevien puiden pelastushakkuissa.
ALSO FROM YALE e360Is Climate Change Putting World’s Microbiomes at Risk?
Tutkijat ovat vasta alkaneet ymmärtää maapallon maaperän mikrobien monimutkaisuutta ja niiden roolia terveiden ekosysteemien edistämisessä. Nyt ilmastonmuutos uhkaa häiritä näitä mikrobeja ja niiden keskeisiä toimintoja.LUE LISÄÄ
Tänä päivänä ihmiset yrittävät edelleen säilyttää metsätaloutta, mutta se ei vain riitä. Liian usein jäljelle jäävät vain merkkipuut. Aloitamme uuden tutkimushankkeen, jossa testataan erilaisia säilytystapoja, jotka suojelevat emopuita ja verkostoja.
e360: Se on apuraha, jonka saitte juuri Kanadan hallitukselta nykyisten metsänuudistamiskäytäntöjen uudelleenarviointia varten?
Simard: Kyllä, olemme todella innoissamme tästä. Testaamme ajatusta emopuiden säilyttämisestä erilaisissa kokoonpanoissa – eli niiden jättämisestä yksittäisinä puina, ryhminä, suojapuina, ja sitten metsän uudistamisesta käyttäen luontaisen uudistamisen ja perinteisten uudistamiskäytäntöjen yhdistelmää. Testaamme näitä menetelmiä erilaisissa Douglas-kuusimetsän ilmasto-olosuhteissa, hyvin kuivasta ja kuumasta aina viileään ja kosteaan asti. Kaikkiaan on noin 75 kohdetta, jotka läpäisevät tämän ilmastogradientin. Mittaamme muun muassa hiilenkiertoa ja tuottavuutta sekä lintujen ja hyönteisten monimuotoisuutta. Brittiläisen Kolumbian alkuperäiskansojen ryhmät ovat olleet hyvin kiinnostuneita, koska ajatus emopuista ja uusien sukupolvien kasvattamisesta sopii hyvin yhteen alkuperäiskansojen maailmankuvan kanssa.