Co łączy drzewa w lesie?

Konkretne grupy ekologiczne symbiontów okazały się też wg autorów właściwe dla lasów konkretnych stref klimatycznych (fot. unsplash.com/Vladimir Kudinov)

Ekologom udało się zmapować życie podwójnie niewidoczne dla naszych oczu: raz, że mikroskopijne, dwa – że podziemne. Setki tysięcy gatunków drobnoustrojów, głownie grzybów i bakterii, które łączą, żywią i bronią drzewa, żyją w ich korzeniach. Lokalny klimat decyduje o ich różnorodności, a one – o dobrostanie drzewostanu w danym miejscu. I o jego przyszłości – zdolności do adaptacji i wytrzymania nasilających się obecnie zmian środowiska.

Bakterie dbają o swoich krewniaków. Mają to zakorzenione w DNA

Superbakterie „inteligentnie” dbają o to, by nigdy nie wyginąć. Nie działają jak mafia czy korporacja, tylko jak prawdziwa rodzina. Uczeni z...

zobacz więcej

By zrozumieć wymiar przedsięwzięcia, oddajmy najlepiej głos jego autorom – zespołowi naukowców ze Szwajcarii, USA, Wielkiej Brytanii, Holandii, Hiszpanii, Włoch, Wybrzeża Kości Słoniowej i Chin pod kierunkiem Thomasa Warda Crowthera z centrum innowacji i wiedzy, ETH w Zurichu.

Podjęli oni, według własnych swych zapewnień z publikacji w „Nature” z 15 maja, trud zbadania globalnego rozprzestrzenienia najistotniejszych mikroorganizmów żyjących w symbiozie z korzeniami drzew. Celem było rozpoznanie czynników odpowiedzialnych za takie a nie inne ich występowanie, co z kolei pozwoli zrozumieć teraźniejszość i przyszłość ekosystemów leśnych.

I teraz uwaga: dla spełnienia tych celów zmapowano przestrzennie i mikrobiologicznie 1,1 mln drzew leśnych, co objęło łącznie ponad 28 tys. gatunków drzew rosnących w ponad 70 krajach. Powstała baza danych stała się dostępna dla ekologów, leśników i innych badaczy.

Wynik to identyfikacja dominujących mikrosymbiontów korzeni drzew leśnych. To właśnie ci maleńcy przyjaciele są odpowiedzialni za przystęp drzew do ograniczonych źródeł składników odżywczych, z gleby i z powietrza. To oni również odpowiadają ostatecznie za zdolność do efektywnego wiązania dwutlenku węgla przez drzewa. Zatem, choć ich nie widać – to oni właśnie umożliwiają drzewom – lub nie – przetrwanie postępujących zmian klimatu.

Współautorem badań jest Global Forest Biodiversity Initiative (GFBI) Consortium, operujące dzięki współpracy specjalistów w zakresie leśnictwa, teoretyków i praktyków, skupionych wokół laboratorium FACAI. Laboratorium to ma cztery główne lokalizacje: w Hiszpanii, USA, Chinach i Szwajcarii. FACAI to skrót od Forest Advanced Computing and Artificial Intelligence, czyli, ujmując to prościej, zaawansowane metody obliczeniowe i sztuczna inteligencja na usługach lasu.

To takie naukowe miejsce, gdzie kojarzy się ze sobą ekologię, gigantyczne zbiory danych, ekonomię i maszyny zdolne się uczyć.

Wyprostuj się! Dzięki temu poprawisz pracę mózgu

Wyprostowana pozycja sprzyja umiejętnościom matematycznym, na co wskazuje eksperyment z udziałem studentów. Według jego autorów podobny efekt można...

zobacz więcej

Thomas Crowther już w 2012 r. zaczął gromadzić informacje od indywidualnych naukowców i agencji rządowych dotyczące gatunków i wymiarów oraz dokładnej lokalizacji drzew. Bazując na tym w 2015 r. oszacowano, że na Ziemi występuje około 3 bln (10 do 12 - albo 12 w indeksie górnym) drzew.

Późniejsza współpraca z badaczami z Uniwersytetu Stanforda zaowocowała pomysłem dołożenia do tej gigantycznej mapy jeszcze jednego wymiaru, w najgłębszym sensie istotniejszego od wysokości, grubości pnia, ulistnienia. Drzewo bowiem żyje i to żyje życiem społecznym, kontaktując się z innymi drzewami w lesie, właśnie dzięki swym niewidocznym sprzymierzeńcom. Równie istotnym dla jego dobrostanu, jak dla nas są bakterie zasiedlające nasze jelita.

Miliardy gatunków drobnoustrojów: aby to jakoś uprościć, generuje się algorytmy zdolne grupować symbionty w zespoły charakteryzujące się podobnym sposobem życia. Każde drzewo, tak jak każdy człowiek, ma swój indywidualny „mikrobiom”, z tym że u drzew występuje on głownie w ryzosferze, czyli w strefie korzeniowej. Grzybiarzom tego nie trzeba tłumaczyć, że koźlaków szukamy pod brzózkami, a kani na polanach. Bo konkretne gatunki grzybów – nie tylko tych wystających swa grzybnią spod ziemi i wyposażonych w spory, pięknie pachnący i jadalny owocnik, ale także tych mikroskopijnych – żyją w sąsiedztwie konkretnego gatunku drzewa. Choćby dlatego, że właśnie jego drewno i liście potrafią skutecznie rozkładać, by żyć.

Tworzą one jednocześnie niesamowitą, przenikającą glebę i oplatającą korzenie drzew zewnętrzną sieć. Podobnie jest z symbiotycznymi bakteriami – też lubią korzenie konkretnych gospodarzy. Te z kolei lubią w nie wrastać, zwłaszcza jeśli zajmują się pozyskiwaniem z atmosfery azotu i dostosowywaniem go dla potrzeb drzew.

Gleba bywa w azot bardzo uboga, a bez azotu nie da się budować białek i kwasów nukleinowych – nie ma zatem życia. Rośliny zielone strączkowe, o których symbiozie z bakteriami brodawkowatymi uczymy się w szkole, mają w regionach suchych i gorących swych drzewiastych kuzynów, np. mimozy. Te żyją w oparciu o podobne relacje z bakteriami zdolnymi pochłaniać azot z powietrza.

Bakterie z dna Rowu Mariańskiego trawią ropę naftową

Jest taka podmorska „dziura” w Ziemi, w którą dałoby się wsadzić Mount Everest i nadal przykryłoby go grube na ponad 2 km lustro wody. Mowa o Rowie...

zobacz więcej

Aby to wszystko ogarnąć, badacze stworzyli specjalny algorytm komputerowy, który pozwala zobaczyć owe różnorodne typy symbiontów właściwych konkretnym gatunkom drzew na tle ich lokalizacji. Wzięli pod uwagę warunki klimatyczne (temperatury, opady) i topografię terenu oraz glebę. Algorytm pozwala przewidzieć, jakie rodzaje symbiontów powinniśmy napotkać pod tym drzewem, dla którego nie mamy żadnych danych.

Konkretne grupy ekologiczne symbiontów okazały się też według autorów właściwe dla lasów konkretnych stref klimatycznych. To bowiem klimat – głownie temperatury i wilgotność – limitują tempo rozkładu leśnej materii organicznej i powstawania źródeł związków odżywczych niezbędnych do wzrostu kolejnych leśnych pokoleń.

Nowy algorytm i baza danych są również bezcenne dla badaczy próbujących szacować zdolność konkretnego ekosystemu leśnego do pochłaniania/produkcji dwutlenku węgla.

A to zdaje się być najpilniejszym dziś zadaniem. Jest oczywistym, że konkretne zespoły mikroorganizmów współpracujących z ekosystemami leśnymi mogą – i autorzy badań przewidują, że będą – powodować jeszcze szybsze ocieplanie klimatu. Chociażby rozkładając szybko materię organiczną i uwalniając powstający w ten sposób dwutlenek węgla do atmosfery. Zastosowanie w tym projekcie rozwiązań sztucznej inteligencji pozwala mieć jednak nadzieję, że ktoś się tu będzie uczył jednak na błędach. Niewątpliwie jest to największe od lat przedsięwzięcie naukowo-badawcze dotyczące ekosystemów leśnych.

I otwiera furtkę dla kolejnych opracowań gigantycznych porcji danych z zakresu nauk przyrodniczych i ochrony przyrody. Przy analizie globalnych zjawisk, takich jak zmiany klimatyczne, chyba inaczej się nie da.

źródło:
Zobacz więcej