Czy drzewa rozmawiają z sobą pod ziemią? Dla naukowców to kwestia sporna.
Pomysł, że drzewa leśne mogą „rozmawiać” ze sobą, dzielić zasoby ze swoimi sadzonkami — a nawet je chronić — poprzez połączoną podziemną sieć delikatnych włókien grzybów, pobudza wyobraźnię.
Koncepcja jest tak intrygująca, że zakorzeniła się w popularnych mediach – nawet została wymieniona w popularnej serii Apple TV „Ted Lasso” – i została nazwana „wood-wide web”, ale nauka stojąca za tymi pomysłami jest niesprawdzona, uważa mykolog z University of Alberta Justyna Karst [1].
Justine Karst uznała, że sprawy zaszły za daleko, kiedy jej syn wrócił do domu ze szkoły, ósma klasa i powiedział, że dowiedział się, że drzewa mogą rozmawiać ze sobą za pośrednictwem podziemnych sieci grzybów.
Jej kolega, Jason Hoeksema z University of Mississippi, miał podobne odczucia, oglądając odcinek popularnej serii „Ted Lasso”, w którym trener piłki nożnej powiedział koledze, że drzewa w lesie współpracują w osiągnięciu wspólnego celu, a nie rywalizują o zasoby i taka zasada odpowiada jego koncepcji gry.
Niewiele niedawnych odkryć naukowych poruszyło wyobraźnię opinii publicznej tak, jak sieć leśna – delikatna sieć nitek grzybów, która, jak przypuszczano, przenosi składniki odżywcze i informacje przez glebę oraz pomaga w rozwoju lasów. Pomysł zrodził się pod koniec lat 90-tych, z badań naukowych wykazujących, że cukry i składniki odżywcze mogą przepływać pod ziemią między drzewami. W kilku lasach naukowcy prześledzili grzyby od korzeni jednego drzewa do korzeni innych, co sugerowało, że nici grzybni mogą zapewniać kanały pomiędzy drzewami.
Odkrycia te podważyły konwencjonalne postrzeganie lasów jako zwykłego zbiorowiska drzew: Drzewa i grzyby są w rzeczywistości równorzędnymi graczami na scenie ekologicznej, twierdzą naukowcy. Bez nich lasy, jakie znamy, nie istniałyby.
Zarówno naukowcy, jak i osoby niebędące naukowcami wyciągnęły z tych badań wielkie i dalekosiężne wnioski. Założyli, że wspólne sieci grzybów są wszechobecne w lasach na całym świecie, że pomagają drzewom rozmawiać ze sobą i, jak powiedział to trener Beard w „Ted Lasso”, sprawiają, że lasy są zasadniczo miejscami współpracy, z drzewami i grzybami zjednoczonymi we wspólnym celu, rozwoju ekosystemów leśnych.
Jest to dramatyczne odejście od zwykłego darwinowskiego obrazu konkurencji międzygatunkowej. Koncepcja ta pojawiła się w wielu doniesieniach medialnych, programach telewizyjnych i bestsellerowych książkach, w tym zdobywcy nagrody Pulitzera [2].
Pojawia się nawet w „Avatarze”, najbardziej dochodowym filmie wszechczasów.
Teoria ta może zacząć wpływać na to, co dzieje się w prawdziwych lasach i niektórzy naukowcy sugerowali już zarządzanie lasami z celem ochrony sieci grzybów.
Ale równocześnie z uzyskaniem ogólnej sławy przez sieć Wood-wide, wywołała ona sprzeciw wśród naukowców.
W recenzowanym artykule opublikowanym w Nature Ecology & Evolution, [3], który również podziela ich osobisty punkt widzenia, dr Justine Karst i dwaj współpracownicy, kwestionują trzy popularne twierdzenia dotyczące możliwości podziemnych grzybów znanych jako wspólne sieci mikoryzowe lub CMN, (common mycorrhizal networks lub CMNs) które łączą korzenie wielu roślin pod ziemią.
-To wspaniale, że badania CMN wzbudziły zainteresowanie grzybami leśnymi, ale ważne jest, aby opinia publiczna zrozumiała, że wiele popularnych pomysłów wyprzedza naukę, mówi Justine Karst, profesor nadzwyczajny na Wydziale Rolnictwa, Nauk o Życiu i Środowisku U A .
Naukowcy sugerują, że chociaż istnienie CMN zostało naukowo udowodnione, nie ma mocnych dowodów na to, że przynoszą one korzyści drzewom i ich sadzonkom.
Aby ocenić popularne twierdzenia, dr Justine Karst i współautorzy dr Melanie Jones z University of British Columbia Okanagan oraz dr Jason Hoeksema z University of Mississippi, dokonali przeglądu dowodów z istniejących badań terenowych.
Odkryli oni, że twierdzenie o szeroko rozpowszechnionych CMN w lasach, nie jest poparte wystarczającymi dowodami naukowymi. Niewiele wiadomo na temat struktury CMN i jej funkcji w terenie, „przy zbyt małej liczbie zmapowanych lasów”.
Drugie twierdzenie, że zasoby, takie jak składniki odżywcze, są przenoszone przez dorosłe drzewa do sadzonek za pośrednictwem CMN i że zwiększają one przeżywalność i wzrost, również uznano za wątpliwe.
Przegląd 26 badań, [4], [5], w tym jednego, w którym Karst jest współautorem, wykazał, że chociaż zasoby mogą być przenoszone pod ziemię przez drzewa, CMN niekoniecznie powodują ten przepływ, a sadzonki zazwyczaj nie odnoszą korzyści z dostępu do CMN. Ogólnie rzecz biorąc, ich przegląd ujawnił mniej więcej równe dowody na to, że połączenie z CMN poprawi lub utrudni rozwój sadzonki, z najczęściej zgłaszanymi efektami neutralnymi.
Trzecie twierdzenie, że dorosłe drzewa preferencyjnie wysyłają zasoby lub „sygnały ostrzegawcze” o uszkodzeniach młodych drzew przez owady za pośrednictwem CMN, nie jest poparte ani jednym recenzowanym, opublikowanym badaniem terenowym, twierdzą Justine Karst i jej współautorzy.
Naukowcy uważają, że przesadzone informacje mogą kształtować i zniekształcać publiczną narrację na temat CMN, a to z kolei może wpływać na sposób zarządzania lasami.
-Zniekształcanie wiedzy naukowej na temat CMN w lasach stanowi problem, ponieważ rzetelna nauka ma kluczowe znaczenie dla podejmowania decyzji dotyczących sposobu zarządzania lasami. Opieranie praktyk i polityk leśnych na CMN jest przedwczesne, bez dalszych dowodów. A brak identyfikacji dezinformacji może podważyć publiczne zaufanie do nauki.
W przypadku niektórych naukowych rówieśników Justine Karst, taka weryfikacja rzeczywistości jest już spóźniona.
-Myślę, że podobna publikacja jest bardzo na czasie i pomoże w walce z dezorientacją tematu, mówi Kabir Peay, mykolog z Uniwersytetu Stanford.
Ale podobna walka może być trudna.
Inni naukowcy utrzymują, że CMN stoi na twardym gruncie i są przekonani, że dalsze badania potwierdzą wiele hipotez stawianych na temat grzybów w lasach.
Colin Averill, mikolog z ETH Zurich, powiedział, że dowody zgromadzone przez dr Karsta są imponujące.
-Sposób, w jaki interpretuję całość tych dowodów, jest zupełnie inny, dodał jednak.
Większość korzeni roślin jest skolonizowana przez grzyby mikoryzowe, tworząc jedną z najbardziej rozpowszechnionych symbioz na Ziemi. Grzyby pobierają wodę i składniki odżywcze z gleby; następnie zamieniają niektóre z tych skarbów na rośliny w zamian za cukry i inne cząsteczki zawierające węgiel.
David Read, botanik z University of Sheffield, wykazał w artykule z 1984 roku [6], że związki znakowane radioaktywną formą węgla mogą przepływać przez grzyby między roślinami wyhodowanymi w laboratorium.
Wiele lat później Suzanne Simard, wówczas ekolog z Ministerstwa Lasów Kolumbii Brytyjskiej, wykazała dwukierunkowy transfer węgla w lesie między młodą daglezją a brzozami. Kiedy dr Simard i jej współpracownicy zacienili daglezje, aby zmniejszyć stopień fotosyntezy, absorpcja radioaktywnego węgla przez drzewa gwałtownie wzrosła, co sugeruje, że podziemny przepływ węgla może przyspieszyć wzrost młodych drzew w zacienionym podszycie.
Dr Suzanne Simard [7] i współpracownicy opublikowali swoje wyniki w 1997 roku w czasopiśmie Nature, [8], które umieściło je na okładce i ochrzciło odkrycie wood-wide web – drewniana sieć. Wkrótce potem grupa starszych badaczy skrytykowała badanie, twierdząc, że ma ono wady metodologiczne, które zakłócają wyniki. Dr Suzanne Simard odpowiedziała na krytykę, a ona i jej współpracownicy zaprojektowali dodatkowe badania, aby się do nich odnieść.
Z biegiem czasu krytyka wyblakła, a sieć Woodwide zyskała zwolenników. Artykuł dr Suzanne Simard z 1997 roku zebrał prawie 1000 cytowań, a jej przemówienie TED z 2016 roku, „Jak drzewa rozmawiają ze sobą” obejrzano ponad 5 milionów razy [9].
W swojej książce „Sekretne życie drzew”, która sprzedała się w ponad 2 milionach egzemplarzy, Peter Wohlleben, niemiecki leśnik, zacytował dr Suzanne Simard, opisując lasy jako sieci społecznościowe, a grzyby mikoryzowe jako „światłowodowe kable internetowe”, które pomagają drzewa informują się nawzajem o zagrożeniach, takich jak owady i susza.
Nadal rozwijają się również badania nad lasami podziemnymi. W 2016 roku, Tamir Klein, ekofizjolog roślin z Uniwersytetu w Bazylei, a obecnie pracujący w Weizmann Institute of Science w Izraelu, rozszerzył badania dr Suzanne Simard na dojrzały szwajcarski las świerkowy, sosnowy, modrzewiowy i bukowy. Jego zespół śledził izotopy węgla z jednego drzewa do korzeni innych pobliskich drzew, w tym różnych gatunków, na eksperymentalnym leśnym poletku. Naukowcy przypisali większość ruchu węgla grzybom mikoryzowym, ale przyznali, że tego nie udowodnili.
Dr Suzanne Simard, która pracuje na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej od 2002 roku, prowadzi dalsze badania wykazujące, że duże, stare drzewa „matki” są węzłami sieci leśnych i mogą wysyłać węgiel pod ziemię do młodszych sadzonek. Argumentuje ona za poglądem, że drzewa komunikują się za pośrednictwem sieci mikoryzowych i przeciwko długo utrzymywanej idei, że konkurencja między drzewami jest dominującą siłą kształtującą lasy. W swoim przemówieniu TED nazwała drzewa „superwspółpracownikami” [10].
Ale ze wzrostem popularności Wood-wide web zarówno w kręgach naukowych, jak i poza nimi, pojawiła się sceptyczna reakcja. W zeszłym roku Kathryn Flinn, ekolog z Baldwin Wallace University w Ohio, argumentowała w Scientific American, [11], że dr Suzanne Simard i inni wyolbrzymiali stopień współpracy między drzewami w lasach.
-Większość ekspertów, uważa, że grupy organizmów, których członkowie poświęcają własne interesy na rzecz społeczności, rzadko ewoluują, co jest wynikiem potężnej siły doboru naturalnego wśród konkurujących ze sobą osobników, napisała dr. Kathryn Flinn.
Zamiast tego podejrzewa ona, że grzyby najprawdopodobniej rozprowadzają węgiel zgodnie z własnymi interesami, a nie interesami drzew.
-To wydaje mi się najprostszym wyjaśnieniem, powiedziała w wywiadzie.
Nawet naukowcy, którzy kiedyś promowali ideę wspólnych sieci grzybów, ponownie zastanawiają się nad tą hipotezą. Dr Melanie Jones, jedna ze współautorów dr Simard w 1997 roku, a dziś współpracująca z dr. Justine Karst, mówi, że żałuje, że ona i jej koledzy napisali w artykule, że mają dowody na grzybowe powiązania między drzewami. W rzeczywistości, jak mówi, nie zbadano, czy grzyby pośredniczą w przepływach węgla.
W swoim przeglądzie literatury [3], dr Justine Karst, dr Jason Hoeksema i dr Melanie Jones podsumowali wszystkie znalezione badania, które zawierały twierdzenia dotyczące struktury lub funkcji takich podziemnych sieci grzybów. Naukowcy skupili się na badaniach terenowych w lasach, a nie na eksperymentach laboratoryjnych czy szklarniowych.
W prezentacji na konferencji International Mycorrhiza Society w Pekinie, w sierpniu 2022 roku, dr Justine Karst argumentowała, że wiele dowodów użytych na poparcie hipotezy o wood-wide web, może mieć inne wytłumaczenie. Na przykład w wielu artykułach naukowcy zakładali, że jeśli znaleźli określony grzyb na wielu korzeniach drzew lub że zasoby przemieszczały się między drzewami, drzewa muszą być ze sobą bezpośrednio powiązane, ale niewiele badań wykluczyło alternatywne możliwości, na przykład, że zasoby mogą przemieszczać się częściowo poprzez glebę.
Niektórzy eksperymentatorzy, w tym dr Justine Karst i jej współpracownicy, zainstalowali drobne siatki i czasami dodali rowy lub szczeliny powietrzne między sadzonkami, aby zakłócić hipotetyczne sieci grzybów, a następnie przetestowali, czy te zmiany wpłynęły na wzrost.
-Te taktyki zmniejszają jednak również ilość gleby, z której sadzonka może bezpośrednio pobierać składniki odżywcze lub wodę, lub zmieniają mieszankę grzybów rosnących wewnątrz oczek, co utrudnia wyizolowanie efektu sieci grzybów, powiedziała dr Karst.
Naukowcy odkryli również rosnącą liczbę niepotwierdzonych stwierdzeń w literaturze naukowej na temat sieci grzybów łączących i pomagających drzewom.
-Często prace takie jak praca dr Tamira Kleina są cytowane przez innych jako dowody na istnienie sieci grzybów w lasach, mimo zastrzeżeń, które pojawiły się w oryginalnej pracy, ale pominiętych w nowszych badaniach.
„Naukowcy”, podsumowała dr Justine Karst w swojej prezentacji, „stali się nosicielami bezpodstawnych twierdzeń”. – Oraz kilku z nich wzywa do zmian w sposobie zarządzania lasami w oparciu o koncepcję Wood-Wide Web.
Dr Justine Karst mówi:
-Jest wysoce prawdopodobne, że w lasach istnieją wspólne sieci grzybów. W badaniu z 2012 roku [12] zespół dr Suzanne Simard znalazł identyczne DNA grzybów na korzeniach pobliskich daglezji. Następnie naukowcy pobrali próbki gleby między drzewami w cienkich skrawkach i znaleźli te same powtarzające się segmenty DNA znane jako „mikrosatelity” w każdym skrawku, potwierdzając, że grzyb wypełnił lukę między korzeniami. Ale w tym badaniu nie zbadano, jakie zasoby, jeśli w ogóle, przepływają przez sieć, a niewielu innych naukowców zmapowało sieci grzybów z taką dokładnością.
Jednak nawet jeśli istnieją sieci grzybów międzydrzewnych, dr Justine Karst i jej współpracownicy twierdzą, że powszechne twierdzenia o tych sieciach nie mają racji bytu. -W wielu badaniach domniemane sieci wydawały się hamować wzrost drzew lub nie przynosić żadnego efektu. Nikt nie wykazał, że grzyby rozprowadzają znaczące ilości zasobów między drzewami w sposób, który zwiększa kondycję drzew przyjmujących, ale prawie wszystkie dyskusje na temat wood-wide web, naukowe lub popularne, opisują ją jako przynoszącą korzyści drzewom, mówi dr Jason Jason Hoeksema.
Inni jednak pozostają przekonani, że czas zweryfikuje słuszność wood-wide web.
Podczas gdy fakt, jak wszechobecne są wspólne sieci grzybów i jak ważne są one dla wzrostu drzew, pozostaje kwestią otwartą, dr Colin Averill z ETH Zurich uważa że tytuł prezentacji dr Justine Karst – „Rozkład sieci drzewnej?” — błędnie sugeruje, że samo pojęcie jest błędne.
-Mam nadzieję, że inni naukowcy wykorzystają kuszące wskazówki zebrane do tej pory, szukając wood-wide web w większej liczbie lasów. W rzeczywistości członkowie zespołu dr Karst wygenerowali to, co uważam za jedne z najbardziej przekonujących dowodów na istnienie sieci Woodwide.
Jest bardzo jasne, że w niektórych lasach w niektórych miejscach różne drzewa są absolutnie połączone przez grzyby, powiedział.
Dr Tamir Klein z Instytutu Weizmann mówi, że jego zespół umieścił swoje spekulacje na temat sieci na pewniejszym gruncie, wykorzystując sekwencje DNA do mapowania grzybów w badaniu uzupełniającym tego samego szwajcarskiego lasu w 2020 r. oraz w badaniu laboratoryjnym z wykorzystaniem gleby leśnej w 2022 roku.
(Dr Justine Karst i jej współpracownicy uważają jednak, że ich zdaniem nawet te badania nie mapowały sieci grzybów w lesie).
Dr Tamir Klein zgadza się, że naukowcy wciąż muszą lepiej zrozumieć, dlaczego drzewa i grzyby przenoszą węgiel, ale jest bardziej optymistyczny niż zespół dr Justine Karst co do tego, że niektóre z odważniejszych twierdzeń się potwierdzą.
-Jeśli w przyszłości pokażemy, że drzewa rzeczywiście potrafią się komunikować, nie będę zaskoczony.
Dr Suzanne Simard zgodziła się, że niewiele rzeczywistych sieci grzybów zostało zmapowanych za pomocą sekwencji mikrosatelitarnych DNA z powodu trudności w prowadzeniu takich badań.
-Kevin Beiler, doktorant, który prowadził prace terenowe w badaniu z 2012 roku wraz ze mną, spędził pięć lat swojego życia na mapowaniu tych sieci. Jest to bardzo czasochłonne.
Pomimo tych wyzwań, opublikowane badania innych lasów przy użyciu innych metod przekonały ją, że wspólne sieci grzybów są powszechne.
-Dziedzina sieci mikoryzowych była w pewnym sensie nękana koniecznością ciągłego cofania się i ponownego przeprowadzania tych eksperymentów. W pewnym momencie trzeba przejść do następnego kroku. Kompleksowe badania terenowe typu, jakiego szuka dr Jason Hoeksema, byłyby dużym obciążeniem dla większości naukowców uniwersyteckich pracujących w ramach typowych harmonogramów przydzielanych grantów i żadne z tych badań nie może zrobić wszystkiego naraz, zwłaszcza gdy pracujemy ze studentami, Musisz to poskładać w całość, powiedziała dr. Suzanne Simard.
-Nowa krytyka jest ostatnim wybuchem w trwającej od dziesięcioleci debacie na temat roli grzybów w ekosystemach leśnych, mówi Merlin Sheldrake, niezależny mykolog, którego książka „Entangled Life” została wymieniona w odcinku „Ted Lasso”.
Naukowcy od dawna zmagają się z interpretacją intrygujących, ale fragmentarycznych strzępów dowodów z niewidzialnego podziemnego królestwa.
-Drzewa nie szepczą sobie nawzajem sekretów przez podziemne kanały grzybów. Prawdziwy las jest bardzo interesujący i bez tej narracji oraz nadal jest bardzo tajemniczym oraz cudownym miejscem, mówi dr. Justine Karst.
A dr. Melanie Jones dodaje:
-Popularne media zwracają się do ludzkich uczuć, opisują drzewa jako istoty mające zdolność komunikowania się jak ludzie, ale niezależnie od tego grzyby i drzewa zasługują na nasz respekt i naszą opiekę nad nimi. Mykoryza jest ogromnie ważna dla ekosystemu.
Źródła:
[1] – https://apps.ualberta.ca/directory/person/karst
[2] – https://www.richardpowers.net/the-overstory/
[3] – https://www.nature.com/articles/s41559-023-01986-1
[4] – https://link.springer.com/article/10.1007/s00572-020-00940-4
[6] – https://www.nature.com/articles/307053a0
[7] – https://pl.m.wikipedia.org/wiki/Suzanne_Simard
[8] – https://www.nature.com/articles/41557
[9] – https://www.ted.com/talks/suzanne_simard_how_trees_talk_to_each_other?language=en
[10] – https://www.npr.org/transcripts/509350471
[11] – https://www.scientificamerican.com/article/the-idea-that-trees-talk-to-cooperate-is-misleading/
[12] – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mec.12076
Ta dyskusja na temat roli grzybów w ekosystemach leśnych, opisana w cytowanym artykule https://biology.olemiss.edu/are-trees-talking-underground-for-scientists-its-in-dispute/2022/11/07/ jest moim zdaniem doskonałym przykładem na badania naukowe, rozszerzające stan wiedzy, ale w dalszym ciągu wiedzy niepełnej i niepewnej.
Naukowcy to przyznają i mimo różnych zdań chcą osiągnąć ten sam cel.
Nie jest to za częste w dzisiejszej spolaryzowanej debacie leśnej.
Zdjęcie: pixabay