För två decennier sedan upptäckte ekologen Suzanne Simard i samband med sin doktorsavhandling att träden kommunicerar sina behov och skickar näring till varandra via ett nätverk av svampar som är nedgrävda i marken – med andra ord, upptäckte hon, ”pratar” de med varandra. Sedan dess har Simard, som nu arbetar vid University of British Columbia, varit banbrytande när det gäller ytterligare forskning om hur träden samtalar, bland annat hur dessa svampfiligre hjälper träden att sända varningssignaler om miljöförändringar, söka efter släktingar och överföra sina näringsämnen till grannväxter innan de dör.
Då hon använder fraser som ”skogens visdom” och ”moderträd” när hon talar om detta genomarbetade system, som hon jämför med neurala nätverk i mänskliga hjärnor, har Simards arbete bidragit till att förändra hur forskarna definierar interaktioner mellan växter. ”En skog är ett samarbetssystem”, sade hon i en intervju med Yale Environment 360. ”För mig var det vettigare att använda språket ’kommunikation’ eftersom vi inte bara tittade på resursöverföringar utan även på saker som försvarssignalering och signalering av släktskapsigenkänning. Vi människor kan relatera till detta bättre. Om vi kan relatera till det kommer vi att bry oss mer om det. Om vi bryr oss mer om det kommer vi att bli bättre på att förvalta våra landskap.”
Simard fokuserar nu på att förstå hur dessa viktiga kommunikationsnätverk kan störas av miljöhot, till exempel klimatförändringar, angrepp av tallbaggar och skogsavverkning. ”De här nätverken kommer att fortsätta”, säger hon. ”Det återstår att se om de är fördelaktiga för inhemska växtarter eller exotiska arter eller invaderande ogräs och så vidare.”
Yale Environment 360: Alla doktorsavhandlingar publiceras inte i tidskriften Nature. Men redan 1997 var en del av din det. Du använde radioaktiva kolisotoper för att fastställa att pappersbjörk och Douglasgranar använde ett underjordiskt nätverk för att interagera med varandra. Berätta om dessa interaktioner.
Suzanne Simard: Alla träd över hela världen, inklusive pappersbjörk och douglasgran, bildar en symbiotisk förening med underjordiska svampar. Det är svampar som är nyttiga för växterna och genom denna förening utforskar svampen, som naturligtvis inte kan fotosyntetisera, jorden. I princip skickar den mycelium, eller trådar, genom hela jorden, tar upp näringsämnen och vatten, särskilt fosfor och kväve, för tillbaka det till växten och byter ut dessa näringsämnen och vatten mot fotosyntes från växten. Växten fixerar kol och byter det sedan mot de näringsämnen som den behöver för sin ämnesomsättning. Det fungerar bra för båda.
Det är detta nätverk, ungefär som en underjordisk pipeline, som förbinder ett träds rotsystem med ett annat träds rotsystem, så att näringsämnen, kol och vatten kan utbytas mellan träden. I en naturlig skog i British Columbia växer pappersbjörk och douglasgran tillsammans i skogssamhällen med tidig succession. De konkurrerar med varandra, men vårt arbete visar att de också samarbetar med varandra genom att skicka näringsämnen och kol fram och tillbaka genom sina mykorrhizanätverk.
e360: Och de kan se när ett träd behöver lite extra hjälp jämfört med det andra, stämmer det?
Simard: Det stämmer. Vi har gjort en massa experiment för att försöka ta reda på vad som driver utbytet. Tänk på att det är ett utbyte fram och tillbaka, så ibland får björken mer och ibland får granen mer. Det beror på de ekologiska faktorer som råder för tillfället.
En av de viktiga saker som vi testade i just det experimentet var skuggning. Ju mer Douglasgran blev skuggad på sommaren, desto mer överskott av kol som björken hade gick till granen. Senare på hösten, när björken förlorade sina blad och granen hade överskott av kol eftersom den fortfarande fotosyntetiserade, gick nettoöverföringen av detta utbyte tillbaka till björken.
Det finns förmodligen också svampfaktorer inblandade. Till exempel kommer svampen som länkar nätverket att försöka säkra sina kolkällor. Även om vi inte förstår särskilt mycket om detta är det logiskt ur evolutionär synvinkel. Svampen är med för sin egen försörjning, för att se till att den har en säker födobas i framtiden, så den kommer att hjälpa till att styra kolöverföringen till de olika växterna.
Jag tror inte att det någonsin kommer att råda brist på förmågan att bilda ett nätverk, men nätverket kan vara annorlunda.
e360: Tror du att detta utbytessystem gäller även i andra ekosystem, som gräsmarker till exempel? Har det gjorts något arbete om detta?
Simard: Ja, inte bara i mitt labb, utan även i andra labb långt före mig”¦ Gräsmarker, och till och med några av de trädslag som vi känner till, som lönn och ceder, bildar en annan typ av mykorrhiza. I British Columbia har vi stora gräsmarker som sträcker sig upp genom provinsens inre och som har ett gränssnitt mot skogen. Vi undersöker hur dessa gräsmarker, som huvudsakligen är arbuskulära mykorrhizabaserade, interagerar med våra ektomykorrhizabaserade skogar, eftersom det förutspås att gräsmarkerna i takt med att klimatet förändras kommer att flytta sig upp i skogarna.
e360: Kommer dessa utbyten att fortsätta under klimatförändringarna, eller kommer kommunikationen att blockeras?
Simard: Jag tror inte att den kommer att blockeras. Jag tror inte att det någonsin kommer att råda brist på förmågan att bilda ett nätverk, men nätverket kan bli annorlunda. Till exempel kommer det förmodligen att vara olika svampar inblandade i det, men jag tror att dessa nätverk kommer att fortsätta. Det återstår att se om de är till nytta för inhemska växtarter, exotiska arter, invaderande ogräs och så vidare.
e360: Med hjälp av molekylära verktyg upptäckte du och en av dina doktorander vad ni kallar nav- eller moderträd. Vilka är de och vilken roll spelar de i skogen?
Simard: Kevin Beiler, som var doktorand, gjorde ett riktigt elegant arbete där han använde DNA-analys för att titta på de korta DNA-sekvenserna i träd och svampindivider i fläckar av Douglasgranskog. Han kunde kartlägga nätverket av två besläktade systersorter av mykorrhizasvampar och hur de kopplar samman Douglasgranar i den skogen.
Enbart genom att skapa den kartan kunde han visa att alla träd i princip, med några få isolerade , var kopplade till varandra. Han fann att de största och äldsta träden i nätverket var de mest sammankopplade, medan mindre träd inte var sammankopplade med så många andra träd. Stora gamla träd har större rotsystem och är knutna till större mykorrhizanätverk. De har mer kol som flödar in i nätverket, de har fler rotspetsar. Så det är logiskt att de skulle ha fler kopplingar till andra träd runt omkring dem.
I senare experiment har vi undersökt om dessa äldre träd kan känna igen släktingar, om de plantor som föryngrar sig runt omkring dem tillhör samma släktingar, om de är avkommor eller inte, och om de kan gynna dessa plantor – och vi har funnit att de kan göra det. Det var så vi kom på termen ”moderträd”, eftersom de är de största och äldsta träden, och vi vet att de kan vårda sin egen släkt.
e360: Ni upptäckte också att när dessa träd är döende har de ett överraskande ekologiskt värde som inte realiseras om de skördas för tidigt.
Simard: Vi gjorde detta experiment faktiskt i växthuset. Vi odlade plantor av med grannar , och vi skadade den som skulle ha fungerat som moderträd, den äldre granplantan. Vi använde ponderosatall eftersom det är en art som växer på lägre höjd och som förväntas börja ersätta douglasgran när klimatet förändras. Jag ville veta om det fanns någon form av överföring av arvet från den gamla skogen till den nya skogen som kommer att vandra uppåt och norrut när klimatet förändras.
När vi skadade dessa douglasgranar fann vi att ett par saker hände. Den ena är att douglasgranarna dumpade sitt kol i nätverket och det togs upp av ponderosa-tallarna. För det andra ”uppreglerades” Douglasgranens och ponderosatallens försvarsenzymer som svar på denna skada. Vi tolkade det som att det var försvarssignalering som pågick genom trädens nätverk. Dessa två reaktioner – kolöverföringen och försvarssignalen – inträffade endast där det fanns ett intakt mykorrhizanätverk. Där vi bröt nätverket skedde det inte.
Tolkningen var att den inhemska art som ersätts av en ny art i takt med klimatförändringarna sänder kol- och varningssignaler till de intilliggande plantorna för att ge dem ett försprång när de tar på sig den mer dominerande rollen i ekosystemet.
e360: Du har talat om att när du först publicerade ditt arbete om växelverkan mellan träden 1997 så var det inte meningen att du skulle använda ordet ”kommunikation” när det gällde växter. Nu använder du ogenerat fraser som skogsvisdom och moderträd. Har du fått kritik för det?
Simard: Det finns nog mycket mer skit där ute än vad jag ens hör talas om. Jag började göra skogsforskning i början av 20-årsåldern och nu är jag i mitten av 50-årsåldern, så det har gått 35 år. Jag har alltid varit mycket medveten om att följa den vetenskapliga metoden och att vara mycket noga med att inte gå längre än vad uppgifterna säger. Men det kommer en punkt när man inser att denna typ av traditionell vetenskaplig metod inte räcker så långt och att det händer så mycket mer i skogarna än vad vi faktiskt kan förstå med hjälp av de traditionella vetenskapliga metoderna.
Så jag öppnade upp mitt sinne och sa att vi måste föra in mänskliga aspekter i detta så att vi förstår djupare, mer visuellt, vad som händer i dessa levande varelser, arter som inte bara är livlösa objekt. Vi började också förstå att det inte bara är resurser som rör sig mellan växter. Det är mycket mer än så. En skog är ett samarbetssystem, och om allt handlade om konkurrens skulle det vara en mycket enklare plats. Varför skulle en skog vara så varierad? Varför skulle den vara så dynamisk?
För mig var det vettigare att använda kommunikationsspråket eftersom vi inte bara tittade på resursöverföringar, utan även på saker som försvarssignaler och signalering av släktskap. Växternas beteende, avsändare och mottagare, dessa beteenden ändras i enlighet med denna kommunikation eller denna förflyttning av saker mellan dem.
Också vi människor kan relatera till detta bättre. Om vi kan relatera till det kommer vi att bry oss mer om det. Om vi bryr oss mer om det kommer vi att göra ett bättre jobb med att förvalta våra landskap.
Om vi lämnar kvar träd som stödjer inte bara mykorrhizanätverk, utan även andra nätverk av varelser, kommer skogen att förnya sig.
e360: Mountain Pine Beetle ödelägger västra västvärldens landskap, och dödar tallar och granar. Du har varit medförfattare till forskning om vad angrepp från tallbaggen gör med mykorrhizanätverken. Vad fann du, och vilka konsekvenser har det för förnyelsen av dessa skogar?
Simard: Det arbetet leddes av Greg Pec, en doktorand vid University of Alberta. Det första steget (av angreppet) kallas grönt angrepp. De går från grönt angrepp till rött angrepp till grått angrepp. Så i princip är bestånden döda vid det tredje eller fjärde året.
Vi tog jord från dessa olika bestånd och odlade stocktallskogssådder i dem. Vi fann att när tiden gick med dödlighet blev mykorrhizanätverket mindre diversifierat och det förändrade också försvarsenzymet i de plantor som odlades i dessa jordar. Mångfalden av dessa molekyler minskade. Ju längre träden hade varit döda, desto lägre var mykorrhizadiversiteten och desto lägre var försvarsmolekyldiversiteten i plantorna.
Greg, när han tittade på svampdiversiteten i dessa bestånd, fann att även om svampdiversiteten förändrades var mykorrhizanätverket fortfarande viktigt för att hjälpa till att förnya de nya plantor som växte upp i undervegetationen.
Även om sammansättningen av mykorrhizanätverket förändras är det fortfarande ett funktionellt nätverk som kan underlätta regenerering av det nya beståndet.
e360: Vad säger ditt arbete dig om hur man kan upprätthålla motståndskraften i skogen när det gäller avverkning och klimatförändringar?
Simard: Resiliens handlar egentligen om ekosystemens förmåga att återställa sina strukturer och funktioner inom ett antal möjligheter. Särskilt i skogar är träden grunden. De tillhandahåller livsmiljöer för andra varelser, men får också skogen att fungera. Resiliens i en skog innebär förmågan att återskapa träd. Det finns mycket som kan göras för att underlätta detta på grund av dessa mykorrhizanätverk, som vi vet är viktiga för att träden ska kunna förnyas. Det är vad vi lämnar efter oss som är så viktigt. Om vi lämnar träd som stöder inte bara mykorrhizanätverk utan även andra nätverk av varelser, kommer skogen att förnyas. Jag tror att det är det avgörande steget att bibehålla förmågan att förnya träden.
e360: Du har talat om din förhoppning att dina resultat skulle kunna påverka avverkningsmetoderna i British Columbia och i andra delar av landet. Har det hänt?
Simard: Inte mitt arbete specifikt. Med början på 1980- och 90-talen fick idén om att behålla äldre träd och arv i skogarna åter fäste. Under 1990-talet i västra Kanada antog vi många av dessa metoder, inte baserade på mykorrhizanätverk. Det handlade mer om vilda djur och om att behålla nedre skogen som livsmiljö för andra varelser.
Men för det mesta, särskilt under de senaste ett och ett halvt decenniet, är det mycket som går tillbaka till kalhuggning utan att man behåller så mycket. En del av detta beror på utbrottet av bergsgranskottbaggen som fortfarande pågår. De goda skogsbruksmetoder som höll på att utvecklas sveptes bort i samband med att de döende träden avverkades.
OCH FRÅN YALE e360Är klimatförändringarna en risk för världens mikrobiom?
Forskare har bara börjat förstå komplexiteten hos mikroberna i jordens jord och den roll de spelar för att främja hälsosamma ekosystem. Nu hotar klimatförändringarna att störa dessa mikrober och de viktiga funktioner som de tillhandahåller.LÄS MER
I dag försöker man fortfarande med retentionsskogsbruk, men det räcker helt enkelt inte. Alltför ofta är det bara symboliska träd som lämnas kvar. Vi startar ett nytt forskningsprojekt för att testa olika typer av retention som skyddar moderträd och nätverk.
e360: Det är det bidrag som ni just har fått från den kanadensiska regeringen för att omvärdera nuvarande metoder för skogsförnyelse?
Simard: Ja, vi är verkligen glada över detta. Vi testar idén om att behålla moderträd i olika konfigurationer – så att vi lämnar dem som singelträd, som grupper, som skyddsskog, och sedan förnyar skogen genom att använda en blandning av naturlig förnyelse och traditionella metoder för förnyelse. Vi testar detta i olika klimat i Douglasgranskogarna, från mycket torrt och varmt till svalt och fuktigt. Totalt kommer vi att ha ungefär 75 platser som korsar denna klimatgradient. Vi kommer att mäta saker som kolcykling och produktivitet samt fågel- och insektsdiversitet. Och vi har ett stort intresse från grupper från de första nationerna i British Columbia, eftersom idén om moderträd och omvårdnad av nya generationer stämmer mycket väl överens med de första nationernas världsbild.