Twee decennia geleden ontdekte de ecologe Suzanne Simard tijdens haar doctoraalscriptie dat bomen hun behoeften kenbaar maken en elkaar voedingsstoffen sturen via een netwerk van in de bodem begraven rasterschimmels – met andere woorden, zij ontdekte dat ze met elkaar ‘praten’. Sindsdien heeft Simard, nu aan de Universiteit van British Columbia, baanbrekend werk verricht in verder onderzoek naar de manier waarop bomen met elkaar communiceren, onder meer hoe deze schimmeldraden bomen helpen waarschuwingssignalen over milieuveranderingen te verzenden, verwanten te zoeken en hun voedingsstoffen aan naburige planten door te geven voordat ze sterven.
Door uitdrukkingen te gebruiken als “boswijsheid” en “moederbomen” wanneer ze spreekt over dit uitgebreide systeem, dat ze vergelijkt met neurale netwerken in de menselijke hersenen, heeft Simard’s werk geholpen om de manier te veranderen waarop wetenschappers interacties tussen planten definiëren. “Een bos is een coöperatief systeem,” zei ze in een interview met Yale Environment 360. “Voor mij was het gebruik van de taal van ‘communicatie’ zinvoller omdat we niet alleen keken naar de overdracht van hulpbronnen, maar ook naar zaken als verdedigingssignalen en signalen van verwantenherkenning. Wij als mensen kunnen ons daar beter mee in verband brengen. Als we ons ermee kunnen vereenzelvigen, dan zullen we er meer om geven. Als we er meer om geven, zullen we onze landschappen beter beheren.”
Simard richt zich nu op het begrijpen hoe deze vitale communicatienetwerken kunnen worden verstoord door bedreigingen van het milieu, zoals klimaatverandering, dennenkeverplagen en houtkap. “Deze netwerken zullen blijven bestaan,” zei ze. “Of ze gunstig zijn voor inheemse plantensoorten, of exoten, of invasieve onkruiden enzovoort, dat valt nog te bezien.”
Yale Environment 360: Niet alle doctoraalscripties worden gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Maar in 1997, een deel van de jouwe wel. U gebruikte radioactieve isotopen van koolstof om vast te stellen dat de papierberk en de douglasspar een ondergronds netwerk gebruikten om met elkaar te interageren. Vertel me over deze interacties.
Suzanne Simard: Alle bomen over de hele wereld, ook de papierberk en de douglasspar, vormen een symbiotische associatie met schimmels onder de grond. Dit zijn schimmels die gunstig zijn voor de planten en via deze associatie verkent de schimmel, die natuurlijk niet kan fotosynthetiseren, de bodem. In feite stuurt hij mycelium, of draden, door de hele bodem, pikt voedingsstoffen en water op, vooral fosfor en stikstof, brengt het terug naar de plant, en ruilt die voedingsstoffen en water voor fotosynthaat van de plant. De plant legt koolstof vast en ruilt het voor de voedingsstoffen die ze nodig heeft voor haar metabolisme. Het is een netwerk, een soort ondergrondse pijpleiding, die een boomwortelstelsel verbindt met een ander boomwortelstelsel, zodat voedingsstoffen, koolstof en water tussen de bomen kunnen worden uitgewisseld. In een natuurlijk bos in Brits Columbia groeien de papierberk en de douglasspar samen in vroeg-opeenvolgende bosgemeenschappen. Ze concurreren met elkaar, maar ons werk toont aan dat ze ook met elkaar samenwerken door voedingsstoffen en koolstof over en weer te sturen via hun mycorrhizale netwerken.
e360: En ze kunnen zien wanneer de een wat extra hulp nodig heeft versus de ander, klopt dat?
Simard: Dat is juist. We hebben een heleboel experimenten gedaan om erachter te komen wat de uitwisseling drijft. Vergeet niet dat het een heen en weer ruil is, dus soms krijgt de berk meer en soms krijgt de spar meer. Het hangt af van de ecologische factoren die op dat moment spelen.
Een van de belangrijke dingen die we testten in dat specifieke experiment was beschaduwing. Hoe meer douglasspar in de zomer in de schaduw kwam te staan, hoe meer overtollige koolstof van de berk naar de spar ging. Later in de herfst, toen de berk zijn bladeren verloor en de spar overtollige koolstof had omdat hij nog steeds fotosynthetiseerde, ging de netto overdracht van deze uitwisseling terug naar de berk.
Er zijn waarschijnlijk ook schimmelfactoren bij betrokken. Bijvoorbeeld, schimmel die het netwerk verbindt zal op zoek zijn om zijn koolstofbronnen veilig te stellen. Hoewel we daar niet veel van begrijpen, is het vanuit evolutionair oogpunt logisch. De schimmel doet het voor zijn eigen levensonderhoud, om er zeker van te zijn dat hij in de toekomst een zekere voedselbasis heeft, dus zal hij helpen die koolstofoverdracht naar de verschillende planten te sturen.
Ik denk niet dat er ooit een tekort zal zijn aan een vermogen om een netwerk te vormen, maar het netwerk zou anders kunnen zijn.
e360: Denkt u dat dit uitwisselingssysteem ook opgaat voor andere ecosystemen, zoals grasland bijvoorbeeld? Is daar al onderzoek naar gedaan?
Simard: Ja, niet alleen in mijn lab, maar ook in andere labs ver voor mij”¦ Graslanden, en zelfs sommige van de ons bekende boomsoorten zoals esdoorn en ceder, vormen een ander type mycorrhiza. In British Columbia hebben we grote graslanden die door het binnenland van de provincie komen en een raakvlak hebben met het bos. We onderzoeken hoe deze graslanden, die voornamelijk arbusculaire mycorrhiza’s bevatten, interageren met ons ectomycorrhiza bos, omdat voorspeld wordt dat als het klimaat verandert, de graslanden naar de bossen zullen opschuiven.
e360: Zullen deze uitwisselingen doorgaan onder de klimaatverandering, of zal de communicatie worden geblokkeerd?
Simard: Ik denk niet dat het geblokkeerd zal worden. Ik denk niet dat er ooit een tekort zal zijn aan een vermogen om een netwerk te vormen, maar het netwerk zou anders kunnen zijn. Er zullen bijvoorbeeld waarschijnlijk andere schimmels bij betrokken zijn, maar ik denk dat deze netwerken zullen blijven bestaan. Of ze gunstig zijn voor inheemse plantensoorten, of exoten, of invasieve onkruiden enzovoort, dat valt nog te bezien.
e360: Door middel van moleculaire hulpmiddelen hebben u en een van uw afgestudeerde studenten ontdekt wat u hub-, of moeder-, bomen noemt. Wat zijn dat, en wat is hun rol in het bos?
Simard: Kevin Beiler, die een doctoraatsstudent was, heeft heel elegant werk verricht waarbij hij DNA-analyse gebruikte om te kijken naar de korte sequenties van DNA in bomen en schimmel individuen in stukken Douglas spar bos. Hij was in staat om het netwerk van twee verwante zusterspecies van mycorrhizaschimmels in kaart te brengen en hoe zij Douglas sparren in dat bos met elkaar verbinden.
Alleen door die kaart te maken, kon hij laten zien dat alle bomen in wezen, met een paar geïsoleerde, met elkaar verbonden waren. Hij ontdekte dat de grootste, oudste bomen in het netwerk het sterkst met elkaar verbonden waren, terwijl kleinere bomen niet met zoveel andere bomen verbonden waren. Grote oude bomen hebben grotere wortelsystemen en zijn verbonden met grotere mycorrhizale netwerken. Ze hebben meer koolstof die in het netwerk stroomt, ze hebben meer worteltoppen. Dus is het logisch dat ze meer verbindingen hebben met andere bomen om hen heen.
In latere experimenten hebben we onderzocht of deze oudere bomen verwanten kunnen herkennen, of de zaailingen die om hen heen regenereren van dezelfde verwanten zijn, of het nu nakomelingen zijn of niet, en of ze die zaailingen kunnen bevoordelen – en we ontdekten dat ze dat kunnen. Zo kwamen we op de term “moederboom”, omdat zij de grootste, oudste bomen zijn, en we weten dat zij hun eigen verwanten kunnen voeden.
e360: U ontdekte ook dat wanneer deze bomen sterven, ze een verrassende ecologische waarde hebben die niet wordt gerealiseerd als ze te vroeg worden geoogst.
Simard: We deden dit experiment eigenlijk in de kas. We hebben zaailingen gekweekt bij de buren en we hebben de boom verwond die als moederboom zou hebben gefungeerd, de oudere den zaailing. Wij gebruikten de ponderosa den omdat dit een lager gelegen soort is waarvan wordt verwacht dat zij de douglasspar zal gaan vervangen naarmate het klimaat verandert. Ik wilde weten of er al dan niet een soort overdracht was van de erfenis van het oude bos naar het nieuwe bos dat naar boven en naar het noorden zal migreren als het klimaat verandert.
Toen we deze Douglas sparren verwondden, ontdekten we dat er een paar dingen gebeurden. Een is dat de Douglas spar zijn koolstof in het netwerk dumpte en het werd opgenomen door de ponderosa den. Ten tweede werden de verdedigingsenzymen van de Douglas spar en de ponderosa den “opgehoogd” in reactie op deze verwonding. Wij interpreteerden dat als verdedigingssignalen die door de netwerken van bomen lopen. Deze twee reacties – de koolstofoverdracht en het verdedigingssignaal – gebeurden alleen als er een mycorrhizanetwerk intact was. Waar we het netwerk verbraken, gebeurde het niet.
De interpretatie was dat de inheemse soort die wordt vervangen door een nieuwe soort als het klimaat verandert, koolstof- en waarschuwingssignalen naar de naburige zaailingen stuurt om hen een voorsprong te geven als ze de dominantere rol in het ecosysteem gaan spelen.
e360: Je hebt het gehad over het feit dat toen je voor het eerst je werk over boominteractie publiceerde in 1997, je het woord “communicatie” niet mocht gebruiken als het over planten ging. Nu gebruikt u ongegeneerd uitdrukkingen als boswijsheid en moederbomen. Heeft u daar kritiek op gekregen?
Simard: Er is waarschijnlijk veel meer kritiek dan ik zelf hoor. Ik begon bosonderzoek te doen toen ik begin 20 was en nu ben ik midden 50, dus het is 35 jaar geleden. Ik ben me altijd zeer bewust geweest van het volgen van de wetenschappelijke methode en van het feit dat ik voorzichtig moet zijn om niet verder te gaan dan wat de gegevens zeggen. Maar er komt een punt waarop je je realiseert dat die traditionele wetenschappelijke methode niet ver genoeg gaat en dat er zoveel meer aan de hand is in bossen dan we eigenlijk kunnen begrijpen met de traditionele wetenschappelijke technieken.
Dus opende ik mijn geest en zei dat we de menselijke aspecten erbij moesten betrekken, zodat we dieper, meer visceraal, begrijpen wat er gaande is in deze levende wezens, soorten die niet alleen levenloze objecten zijn. We begonnen ook te begrijpen dat het niet alleen gaat om het verplaatsen van middelen tussen planten. Het is veel meer dan dat. Een bos is een coöperatief systeem, en als het enkel om competitie zou gaan, dan zou het veel eenvoudiger zijn. Waarom zou een bos zo divers zijn? Waarom zou het zo dynamisch zijn?
Voor mij was het gebruik van de taal van communicatie zinvoller, omdat we niet alleen keken naar de overdracht van hulpbronnen, maar ook naar zaken als verdedigingssignalen en signalen van verwantenherkenning. Het gedrag van planten, de afzenders en de ontvangers, die gedragingen worden gewijzigd volgens deze communicatie of deze verplaatsing van spullen tussen hen.
Ook kunnen wij als mensen ons hier beter toe verhouden. Als we ons ermee kunnen vereenzelvigen, dan zullen we er meer om geven. Als we er meer om geven, zullen we onze landschappen beter beheren.
Als we bomen laten staan die niet alleen mycorrhizale netwerken ondersteunen, maar ook andere netwerken van wezens, dan zal het bos regenereren.
e360: De pijnboomkever verwoest westerse landschappen, waarbij pijnbomen en sparren worden gedood. U was co-auteur van een onderzoek naar wat de aanvallen van de pijnboomkever doen met mycorrhizale netwerken. Wat heeft u gevonden, en wat zijn de implicaties voor de regeneratie van deze bossen?
Simard: Dat werk werd geleid door Greg Pec, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Alberta. De eerste fase (van de aanval) wordt groene aanval genoemd. Ze gaan van groene aanval naar rode aanval naar grijze aanval. Dus eigenlijk, tegen het derde of vierde jaar, zijn de opstanden dood.
We namen grond van die verschillende opstanden en kweekten er zaailingen van boomstammen in. We ontdekten dat naarmate de sterfte toenam, het mycorrhizale netwerk minder divers werd en dat ook het verdedigingsenzym in de zaailingen die in die grond groeiden veranderde. De diversiteit van die moleculen nam af. Hoe langer de bomen dood waren, hoe lager de mycorrhizadiversiteit en hoe lager de diversiteit aan afweermoleculen in die zaailingen was.
Greg, die naar de schimmeldiversiteit in die opstanden keek, ontdekte dat hoewel de schimmeldiversiteit veranderde, het mycorrhizanetwerk nog steeds belangrijk was bij het helpen regenereren van de nieuwe zaailingen die in de onderlaag opkwamen.
Zelfs al verschuift de samenstelling van dat mycorrhizale netwerk, het is nog steeds een functioneel netwerk dat in staat is om de regeneratie van de nieuwe opstand te vergemakkelijken.
e360: Wat vertelt uw werk u over hoe de veerkracht van het bos kan worden behouden als het gaat om houtkap en klimaatverandering?
Simard: Veerkracht gaat echt over het vermogen van ecosystemen om hun structuren en functies te herstellen binnen een scala van mogelijkheden. Voor bossen in het bijzonder zijn bomen de basis. Zij zorgen voor de habitat van andere wezens, maar ook voor het functioneren van het bos. Veerkracht in een bos betekent het vermogen om bomen te regenereren. Er kan veel worden gedaan om dat te vergemakkelijken door deze mycorrhizale netwerken, waarvan we weten dat ze belangrijk zijn om bomen te laten regenereren. Het is wat we achterlaten dat zo belangrijk is. Als we bomen achterlaten die niet alleen mycorrhizale netwerken ondersteunen, maar ook andere netwerken van wezens, dan zal het bos regenereren. Ik denk dat het behoud van het vermogen om bomen te laten verjongen de cruciale stap is.
e360: U hebt gesproken over uw hoop dat uw bevindingen de houtkap in British Columbia en daarbuiten zouden beïnvloeden. Is dat gebeurd?
Simard: Niet specifiek mijn werk. Begin jaren ’80 en ’90 kwam het idee om oudere bomen en erfenissen in bossen te behouden weer op. In de jaren ’90 hebben we in West-Canada veel van die methodes overgenomen, niet gebaseerd op mycorrhizale netwerken. Het was meer voor de wilde dieren en het behoud van donshout voor habitat voor andere wezens.
Maar voor het grootste deel, vooral in de laatste anderhalf decennium, is er veel overgegaan op kaalkap met niet veel behoud. Een deel daarvan was het gevolg van de uitbraak van de pijnboomkever die nog steeds voortduurt. De goede bosbouwpraktijken die zich aan het ontwikkelen waren, werden weggevaagd in de reddingskap van die stervende bomen.
ALSO FROM YALE e360Is Climate Change Putting World’s Microbiomes at Risk?
Onderzoekers beginnen nu pas de complexiteit te begrijpen van de microben in de bodem van de aarde en de rol die ze spelen bij het bevorderen van gezonde ecosystemen. Nu dreigt de klimaatverandering deze microben en de belangrijkste functies die ze vervullen, te verstoren.LEES MEER
Heden ten dage proberen mensen nog steeds om bosbouw met behoud van rechten toe te passen, maar het is gewoon niet genoeg. Te vaak zijn het alleen de symbolische bomen die achterblijven. We beginnen aan een nieuw onderzoeksproject om verschillende soorten retentie te testen die moederbomen en netwerken beschermen.
e360: Dat is de subsidie die u net van de Canadese regering heeft gekregen om de huidige bosvernieuwingspraktijken opnieuw te evalueren?
Simard: Ja, we zijn echt enthousiast over dit. We testen het idee om moederbomen in verschillende configuraties te behouden – dus als alleenstaande bomen, als groepen, als schuilbossen, en dan het bos te regenereren met behulp van een mix van natuurlijke regeneratie en traditionele regeneratiepraktijken. We testen dit in een reeks klimaten in Douglas sparrenbossen, van zeer droog en warm tot koel en nat. Er zullen in totaal ongeveer 75 plaatsen zijn die deze klimaatgradiënt doorkruisen. We gaan dingen meten zoals koolstofcyclus en productiviteit en vogel- en insectendiversiteit. En we hebben veel belangstelling van groepen van de First Nations in British Columbia omdat dit idee van moederbomen en het verzorgen van nieuwe generaties heel goed past in de wereldvisie van de First Nations.