Two decades ago, while researching her doctoral dissertation, ecologist Suzanne Simard discovered that trees communicate their needs and send each other nutrients through a network of latriciced fungi buried in the soil – in other words, she found, they ‘talk’ to each other. Azóta Simard, aki jelenleg a Brit Kolumbiai Egyetemen dolgozik, úttörő szerepet játszott a fák kommunikációjának további kutatásában, beleértve azt is, hogy ezek a gombafonalak hogyan segítenek a fáknak figyelmeztető jeleket küldeni a környezeti változásokról, rokonokat keresni és tápanyagot átadni a szomszédos növényeknek, mielőtt azok elpusztulnának.
Azzal, hogy olyan kifejezéseket használ, mint “erdei bölcsesség” és “anyafák”, amikor erről a bonyolult rendszerről beszél, amelyet az emberi agy neurális hálózataihoz hasonlít, Simard munkája segített megváltoztatni azt, ahogyan a tudósok meghatározzák a növények közötti kölcsönhatásokat. “Az erdő egy együttműködő rendszer” – mondta a Yale Environment 360-nak adott interjújában. “Számomra a “kommunikáció” nyelvének használata értelmesebb volt, mivel nem csak az erőforrás-átadást, hanem olyan dolgokat is vizsgáltunk, mint a védelmi jelzések és a rokonfelismerési jelzések. Mi, emberi lények, jobban tudunk kapcsolódni ehhez. Ha tudunk azonosulni vele, akkor jobban fogunk törődni vele. Ha jobban törődünk vele, akkor jobban fogjuk gondozni a tájainkat.”
Simard most arra összpontosít, hogy megértse, hogyan zavarhatják meg ezeket a létfontosságú kommunikációs hálózatokat az olyan környezeti veszélyek, mint az éghajlatváltozás, a fenyőbogárfertőzés és a fakitermelés. “Ezek a hálózatok folytatódni fognak” – mondta. “Hogy hasznosak-e az őshonos növényfajok, vagy az egzotikusok, vagy a betolakodó gyomok és így tovább, azt még nem tudjuk.”
Yale Környezet 360: Nem minden PhD-dolgozat jelenik meg a Nature folyóiratban. De 1997-ben a tiédnek egy része igen. Ön a szén radioaktív izotópjait használta arra, hogy megállapítsa, hogy a papírnyírfa és a Douglas fenyő egy földalatti hálózatot használnak egymás közötti kölcsönhatásra. Meséljen nekem ezekről a kölcsönhatásokról.
Suzanne Simard: A világ minden fája, így a papírnyír és a Douglas fenyő is, szimbiózisban él a föld alatti gombákkal. Ezek olyan gombák, amelyek hasznosak a növények számára, és ezen a társuláson keresztül a gomba, amely természetesen nem képes fotoszintetizálni, feltárja a talajt. Alapvetően micéliumot vagy fonalakat küld a talajon keresztül, tápanyagokat és vizet, különösen foszfort és nitrogént vesz fel, visszaviszi a növényhez, és ezeket a tápanyagokat és a vizet a növény fotoszintetátumára cseréli. A növény megköti a szenet, majd elcseréli azt az anyagcseréjéhez szükséges tápanyagokra. Ez mindkettőjük számára előnyös.
Ez a hálózat, egyfajta föld alatti csővezeték, amely összeköti az egyik fa gyökérrendszerét a másik gyökérrendszerével, így a tápanyagok, a szén és a víz kicserélődhet a fák között. Brit Columbia egyik természetes erdejében a papírnyír és a Douglas fenyő együtt nőnek a korai szukcessziós erdei közösségekben. Versenyeznek egymással, de a munkánk azt mutatja, hogy együttműködnek is egymással azáltal, hogy a mikorrhizahálózatukon keresztül oda-vissza küldik a tápanyagokat és a szenet.
e360: És meg tudják mondani, hogy mikor van szüksége az egyiknek extra segítségre a másikhoz képest, igaz ez?
Simard: Ez így van. Egy csomó kísérletet végeztünk, hogy kiderítsük, mi hajtja a cserét. Ne feledjük, hogy ez egy oda-vissza csere, tehát néha a nyírfa kap többet, néha pedig a fenyő. Ez az éppen aktuális ökológiai tényezőktől függ.
Az egyik fontos dolog, amit ebben a kísérletben teszteltünk, az árnyékolás volt. Minél jobban árnyékolták a nyáron a Douglas-fenyőt, annál több felesleges szén ment át a nyírfának a fenyőbe. Aztán később ősszel, amikor a nyírfa elvesztette a leveleit, és a fenyőnek többletszénje volt, mert még mindig fotoszintetizált, ennek a cserének a nettó átadása visszament a nyírfához.
Valószínűleg gombás tényezők is közrejátszanak. Például a hálózatot összekötő gomba igyekszik majd biztosítani a szénforrásait. Bár erről nem sokat értünk, evolúciós szempontból van értelme. A gomba a saját megélhetése miatt van benne, hogy biztosítsa a jövőbeni táplálékbázisát, ezért segít irányítani a szénátadást a különböző növények felé.
Nem hiszem, hogy valaha is hiányozni fog a hálózat kialakításának képessége, de a hálózat lehet, hogy más lesz.
e360: Gondolod, hogy ez a csererendszer más ökoszisztémákra is igaz, mint például a gyepekre? Végeztek már ezzel kapcsolatban valamilyen munkát?
Simard: Igen, nemcsak az én laboratóriumomban, hanem jóval előttem más laboratóriumokban is”¦ A füves területek, sőt még az általunk ismert fafajok, mint a juhar és a cédrus is más típusú mikorrhizát alkotnak. Brit Kolumbiában nagy gyepterületeink vannak, amelyek a tartomány belsejében húzódnak felfelé, és érintkeznek az erdővel. Azt vizsgáljuk, hogy ezek a gyepek, amelyek elsősorban arbuszkuláris mikorrhizásak, hogyan lépnek kölcsönhatásba az ektomikorrhizás erdeinkkel, mivel az éghajlat változásával a gyepek az előrejelzések szerint feljebb fognak költözni az erdőkbe.
e360: Ezek a cserék folytatódni fognak a klímaváltozás hatására, vagy a kommunikáció megszakad?
Simard: Nem hiszem, hogy blokkolva lesz. Nem hiszem, hogy valaha is hiányozni fog a hálózatépítés képessége, de a hálózat lehet, hogy más lesz. Például valószínűleg különböző gombák fognak benne részt venni, de szerintem ezek a hálózatok tovább fognak menni. Hogy ezek az őshonos növényfajok, vagy az egzotikusok, vagy a betolakodó gyomok stb. számára hasznosak-e, azt majd meglátjuk.
e360: Molekuláris eszközökkel ön és az egyik végzős diákja felfedezték, amit ön hub-nak vagy anyafának nevez. Mik ezek, és mi a szerepük az erdőben?
Simard: Kevin Beiler, aki PhD-hallgató volt, igazán elegáns munkát végzett, ahol DNS-elemzéssel vizsgálta a fák és a gombák egyedeinek rövid DNS-szekvenciáit a Douglas-fenyő erdő foltjaiban. Képes volt feltérképezni a mikorrhiza gombák két rokon testvérfajának hálózatát, és azt, hogy hogyan kötik össze a Douglas fenyőfákat ebben az erdőben.
Magán a térkép elkészítésével képes volt megmutatni, hogy lényegében az összes fa, néhány elszigetelt fától eltekintve, össze van kötve. Megállapította, hogy a hálózatban a legnagyobb, legidősebb fák voltak a legjobban összekapcsolódva, míg a kisebb fák nem voltak olyan sok más fával összekapcsolódva. A nagy, idős fáknak nagyobb gyökérrendszerük van, és nagyobb mikorrhizahálózathoz kapcsolódnak. Több szén áramlik a hálózatba, több gyökércsúcsuk van. Így logikus, hogy több kapcsolatuk van más fákkal körülöttük.
Későbbi kísérleteinkben azt vizsgáltuk, hogy ezek az idősebb fák képesek-e felismerni a rokonságot, hogy a körülöttük regenerálódó csemeték ugyanahhoz a rokonsághoz tartoznak-e, akár utódok, akár nem, és hogy képesek-e előnyben részesíteni ezeket a csemetéket – és azt találtuk, hogy igen. Így jutottunk el az “anyafa” kifejezéshez, mivel ők a legnagyobb, legidősebb fák, és tudjuk, hogy képesek saját rokonaikat táplálni.”
e360: Azt is felfedezték, hogy amikor ezek a fák haldokolnak, meglepő ökológiai értékük van, ami nem realizálódik, ha túl hamar kitermelik őket.
Simard: A kísérletet valójában az üvegházban végeztük. A szomszédos fák csemetéit neveltük, és megsebeztük azt, amelyik az anyafa szerepét töltötte volna be, az idősebb fenyőcsemetét. Azért használtunk ponderosa fenyőt, mert ez egy alacsonyabb fekvésű faj, amely várhatóan elkezdi felváltani a Douglas fenyőt, ahogy az éghajlat változik. Tudni akartam, hogy a régi erdő öröksége átkerül-e az új erdőbe, amely a klímaváltozással felfelé és északra fog vándorolni.
Amikor megsebeztük ezeket a Douglas-fenyőket, azt találtuk, hogy néhány dolog történt. Az egyik az, hogy a Douglas fenyő a szénjét a hálózatba dobta, amit a ponderosa fenyő felvett. Másodszor, a Douglas fenyő és a ponderosa fenyő védelmi enzimjei “felszabályozódtak” válaszul erre a sérülésre. Ezt úgy értelmeztük, hogy a fák hálózatán keresztül zajló védelmi jelzésekről van szó. Ez a két válaszreakció – a szénátadás és a védelmi jel – csak ott történt, ahol a mikorrhiza hálózat ép volt. Ahol megszakítottuk a hálózatot, ott nem történt meg.
Az értelmezés szerint az őshonos faj, amelyet az éghajlatváltozással egy új faj vált fel, szén- és figyelmeztető jeleket küld a szomszédos csemetéknek, hogy előnyt adjon nekik, amikor átveszik a dominánsabb szerepet az ökoszisztémában.
e360: Beszélt arról, hogy amikor 1997-ben először publikálta a fák kölcsönhatásáról szóló munkáját, nem lett volna szabad a “kommunikáció” szót használni, amikor a növényekről volt szó. Most már szemérmetlenül használsz olyan kifejezéseket, mint az erdei bölcsesség és az anyafák. Kaptál már ezért kritikát?
Simard: Valószínűleg sokkal több flack van odakint, mint amennyit én hallok. A húszas éveim elején kezdtem el erdészeti kutatásokat végezni, és most az ötvenes éveim közepén járok, tehát már 35 éve. Mindig is nagyon tudatosan követtem a tudományos módszert, és nagyon óvatos voltam, hogy ne menjek túl azon, amit az adatok mondanak. De eljön az a pont, amikor az ember rájön, hogy ez a hagyományos tudományos módszer csak egy bizonyos határig tart, és hogy az erdőkben sokkal több minden történik, mint amit a hagyományos tudományos módszerekkel meg tudunk érteni.
Azért nyitottam ki az elmémet, és azt mondtam, hogy be kell vonnunk az emberi szempontokat is, hogy mélyebben, érzékletesebben megértsük, mi történik ezekben az élőlényekben, fajokban, amelyek nem csak ezek az élettelen tárgyak. Azt is kezdtük megérteni, hogy nem csak a növények között mozgó erőforrásokról van szó. Ennél sokkal többről van szó. Az erdő egy együttműködő rendszer, és ha minden a versengésről szólna, akkor sokkal egyszerűbb hely lenne. Miért lenne egy erdő ennyire változatos? Miért lenne ilyen dinamikus?
Számomra a kommunikáció nyelvének használata sokkal értelmesebb volt, mert nem csak az erőforrások átadását vizsgáltuk, hanem olyan dolgokat is, mint a védekezés és a rokonfelismerés jelzése. A növények viselkedése, a küldő és a fogadó, ezek a viselkedések ennek a kommunikációnak vagy a közöttük lévő anyagmozgásnak megfelelően módosulnak.
Ezzel mi, emberek is jobban tudunk azonosulni. Ha tudunk kapcsolódni hozzá, akkor jobban fogunk törődni vele. Ha jobban törődünk vele, akkor jobban fogjuk gondozni a tájainkat.
Ha meghagyjuk a fákat, amelyek nem csak a mikorrhiza hálózatokat, hanem más élőlények hálózatát is támogatják, akkor az erdő meg fog újulni.
e360: A hegyi fenyőbogár pusztítja a nyugati tájakat, elpusztítva a fenyő- és lucfenyőket. Ön társszerzője volt annak a kutatásnak, hogy mit tesz a fenyőbogár támadása a mikorrhiza hálózatokkal. Mit talált, és milyen következményekkel jár ezeknek az erdőknek a regenerálódására?
Simard: Greg Pec, az Albertai Egyetem végzős hallgatója vezette ezt a munkát. Az első szakaszt (a támadás) zöld támadásnak nevezik. A zöld támadástól a piros támadáson át a szürke támadásig haladnak. Tehát alapvetően a harmadik vagy negyedik évre az állományok elpusztulnak.
Vettünk talajt ezekből a különböző állományokból, és rönkfa fenyőcsemetéket neveltünk benne. Azt találtuk, hogy ahogy telt az idő a pusztulással, ez a mikorrhiza hálózat kevésbé lett változatos, és ez megváltoztatta a védelmi enzimet is azokban a csemetékben, amelyeket azokban a talajokban neveltünk. Ezeknek a molekuláknak a sokfélesége csökkent. Minél hosszabb ideje pusztultak el a fák, annál kisebb volt a mikorrhiza diverzitása és annál kisebb volt a védelmi molekulák diverzitása azokban a csemetékben.
Greg, amikor a gombák diverzitását vizsgálta ezekben az állományokban, azt találta, hogy bár a gombák diverzitása megváltozott, a mikorrhiza hálózat még mindig fontos volt az aljnövényzetben felnövő új csemeték regenerációjának elősegítésében.
Még ha a mikorrhiza hálózat összetétele változik is, ez még mindig egy funkcionális hálózat, amely képes elősegíteni az új állomány regenerálódását.
e360: Mit mond a munkája arról, hogyan lehet fenntartani az erdő ellenálló képességét a fakitermeléssel és az éghajlatváltozással szemben?
Simard: Az ellenálló képesség valójában az ökoszisztémák azon képességéről szól, hogy egy bizonyos lehetőségeken belül helyre tudják állítani struktúráikat és funkcióikat. Különösen az erdők esetében a fák jelentik az alapot. Ők adnak élőhelyet a többi élőlénynek, de az erdőt is ők teszik működőképessé. Az erdő rugalmassága a fák regenerálódásának képességét jelenti. Sok mindent meg lehet tenni ennek elősegítése érdekében a mikorrhiza hálózatok miatt, amelyekről tudjuk, hogy fontosak a fák regenerálódásának lehetővé tételében. Az a fontos, hogy mit hagyunk magunk után. Ha olyan fákat hagyunk hátra, amelyek nem csak a mikorrhiza hálózatokat, hanem más élőlények hálózatát is támogatják, akkor az erdő meg fog újulni. Szerintem ez a döntő lépés a fák regenerálódási képességének fenntartása.
e360: Beszélt arról a reményéről, hogy az eredményei befolyásolhatják a fakitermelési gyakorlatot Brit Kolumbiában és azon túl is. Ez megtörtént már?
Simard: A fakitermeléssel kapcsolatos kérdéseket az erdészet és a fakitermeléssel foglalkozó szakemberek is megválaszolják: Nem kifejezetten az én munkám. Az 1980-as és 90-es évektől kezdődően újra teret nyert az az elképzelés, hogy az idősebb fákat és a hagyatékot meg kell tartani az erdőkben. Az 1990-es években Nyugat-Kanadában sok ilyen módszertant fogadtunk el, amelyek nem a mikorrhiza hálózatokon alapultak. Ez inkább a vadon élő állatokra és a fák megtartására irányult, hogy más élőlények számára élőhelyet biztosítsanak.
De a legtöbb esetben, különösen az elmúlt másfél évtizedben, sokan visszatértek a fakivágásra, nem túl sok visszatartással. Ennek egy részét a hegyi fenyőbogár járvány okozta, ami még mindig tart. A kialakulóban lévő helyes erdőgazdálkodási gyakorlatot elsöpörte a haldokló fák mentőfakitermelése.
ALSO FROM YALE e360Is Climate Change Putting World’s Microbiomes at Risk?
A kutatók csak most kezdik megérteni a földi talajban élő mikrobák összetettségét és az egészséges ökoszisztémák fenntartásában játszott szerepüket. Most a klímaváltozás azzal fenyeget, hogy megzavarja ezeket a mikrobákat és az általuk biztosított kulcsfontosságú funkciókat.OLVASSA TOVÁBB
Az emberek ma még próbálkoznak a visszatartó erdőgazdálkodással, de ez nem elég. Túl gyakran csak a jelképes fák maradnak meg. Egy új kutatási projektbe kezdünk, hogy teszteljük a visszatartás különböző fajtáit, amelyek megvédik az anyafákat és a hálózatokat.
e360: Ez az a támogatás, amit most kapott a kanadai kormánytól a jelenlegi erdőfelújítási gyakorlat újraértékelésére?
Simard: Igen, nagyon izgatottak vagyunk emiatt. Azt az ötletet teszteljük, hogy az anyafákat különböző konfigurációkban tartsuk meg – tehát hagyjuk meg őket egyesével, csoportosan, menedékfaként, és aztán a természetes felújítás és a hagyományos felújítási gyakorlatok keverékével újítsuk fel az erdőt. Ezeket különböző éghajlati viszonyok között teszteljük a Douglas fenyőerdőben, a nagyon száraz és forró éghajlattól egészen a hűvösig és nedvesig. Összesen körülbelül 75 olyan területet fogunk vizsgálni, amelyek áthatják ezt az éghajlati gradienst. Olyan dolgokat fogunk mérni, mint a szénkörforgás, a termelékenység, a madár- és rovarvilág sokfélesége. Nagy az érdeklődés az Első Nemzetek csoportjaitól Brit Kolumbiában, mert az anyafák és az új generációk nevelése nagyon is illeszkedik az Első Nemzetek világképéhez.