יערות בוריאליים מכילים אנדופיטים פטרייתיים מגוונים החיוניים לבריאות הצמח ולחוסן המערכת האקולוגית, כאשר מחקר חדש חושף את המגוון הביולוגי הייחודי שלהם ואת הרגישות לאקלים, תוך שימת דגש על חשיבות ההבנה והשימור של פטריות אלו בתוך אקלים משתנה.
אשוחית, אורן, אשוח וזנים נוספים של עצים שולטים במרחבים הצוננים של הטריטוריה המשתרעת על פני צפון אמריקה, צפון אירופה ורוסיה, ויוצרות חגורה מעגלית עצומה ברחבי העולם. יערות בוריאליים אלה מייצגים את המערכת האקולוגית היבשתית הנרחבת ביותר והם היערות הצפוניים ביותר על פני כדור הארץ.
שוכנות בתוך הרקמה הפוטוסינתטית, או אוכלת האור, של העצים הבוראליים – ובתוך החזזיות השופעות דמויות העננים והטחבים הנוצות המרבדים את הקרקע ביניהם – נמצאות פטריות. פטריות אלו הן אנדופיטים, כלומר הן חיות בתוך צמחים, לעתים קרובות בסידור מועיל הדדי.
"להיות צמח זה לחיות בעולם פטרייתי", אמרה בטסי ארנולד, פרופסור בבית הספר למדעי הצמח במכללה למדעי החקלאות, החיים והסביבה ובמחלקה לאקולוגיה וביולוגיה אבולוציונית במכללה למדעים וחבר במכון ביו5. "פטריות אנדופיטיות חיוניות לבריאותם של צמחים בדרכים שעדיין לא מובנות לחלוטין, אבל מה שאנחנו כן יודעים מהאנדופיטים באופן כללי הוא שהם טובים מאוד בהגנה על צמחים מפני מחלות ועוזרות לצמחים להיות עמידים יותר בפני גורמי לחץ סביבתיים , כמו חום. הם היו חלק ממהפכה חשובה בחשיבה שלנו על צמחים".
הצוות טס מאגם לאגם ב-DeHavilland Otter עם הטייס המומחה ז'אק ברובה (במרכז) מספק גישה לאתרים מרוחקים לצוות השטח של הפרויקט, תחת הנהגתם המשותפת של פרנסואה לוצוני (משמאל) מאוניברסיטת דיוק ובטסי ארנולד מ-UArizona. קרדיט: בטסי ארנולד
לפני למעלה מעשור, ארנולד והצוות שלה יצאו להרפתקה בת חודש עמוק לתוך השממה של צפון מזרח קנדה כדי להבין איך הפטריות האלה מִין מותאם למיקרו-סביבות שונות וכיצד הן עשויות להסתדר תחת שינויי אקלים עתידיים.
הם מצאו גיוון רב בין הפטריות וכי הן הותאמו בדרכים מאוד ספציפיות לתנאים המקומיים שלהן, מה שמרמז שהן יהיו רגישות לשינויים עתידיים באקלים. כשבריאות הפטריות קשורה כל כך לבריאות המארחים שלהן, לממצאים אלה יש השלכות על הבריאות הכללית של יערות בוריאליים עתידיים ועל כדור הארץ שלנו.
"יערות בוריאליים הם מרכזיים במחזורי הפחמן והמים של הפלנטה שלנו," אמר ארנולד. "והעבודה שלנו מדגישה שהם מהווים בית לכמה מהאנדופיטים הפטרייתיים המגוונים ביותר מבחינה אבולוציונית בעולם – אנדופיטים שלא נמצאים בשום מקום אחר."
קלדוניה, חזזית, גדלה בפח לבן רק כמה סנטימטרים מעל מרבד של אזוב בשם Pleurozium. כמו האשוח השחור האיקוני (Picea) של החגורה הבוראלית, הם מכילים פטריות אנדופיטיות מגוונות שחיות בסימביוטיקה בתוך הרקמות הבריאות שלהן. קרדיט: בטסי ארנולד
לאחר למעלה מעשור של ניתוח, ממצאיהם פורסמו בכתב העת ביולוגיה נוכחית.
"המחקר השיתופי שלנו שופך אור על המגוון בביומה הבוריאליסטית של פטריות אנדופיטיות שהתגלו לאחרונה ורגישותן לאקלים", אמר מחבר המחקר השותף שוזו אויטה, שסיים את לימודי הדוקטורט שלו במעבדתו של ארנולד וכיום הוא מדען מחקר בסומיטומו Chemical Co., Ltd. "לעיתים קרובות מתעלמים מאנדופיטים מכיוון שהם מופיעים ברקמות צמחים בריאות, אך חשיבותם במגוון הביולוגי ובמערכות האקולוגיות נחשפה לאחרונה".
טיסה בשביל פטריות
איסוף הנתונים כדי להגיע למסקנה זו היה מאמץ ענק שדרש את ארנולד ועמיתיה לבצע כמה מעבודות השדה האינטנסיביות ביותר בחייה, לדבריה.
במשך חודש במהלך קיץ 2011, הצוות התקשר עם טייס מומחה "כדי לגשת למקומות שבהם הכבישים אינם הולכים", אמר ארנולד. הצוות של שישה חצה את היערות הבוריאליים הדרומיים של קנדה עד לקצה הטונדרה הארקטית, והנחית את מטוס הצף שלהם באגמים לאורך הדרך.
בטסי ארנולד וצוותה ניגשו לאזורים מרוחקים של היערות הבוראליים של מזרח צפון אמריקה באמצעות מטוס צף. במבט מהחלון נראים עצי אשוח הגדלים ממרבד טחב וחזזיות, והאגם שעליו היו אמורים החוקרים לנחות. קרדיט: בטסי ארנולד
שלושים ושש פעמים הם המריאו ונחתו בין אגמים נידחים המנקדים את הנוף. בדרך כלל, הם בילו כשש עד 24 שעות בכל אתר לדוגמא.
ביום, הם אספו עלי עץ אשוח בריאים וטחבים וחזזיות טריים מהאדמה, תוך כדי שהם אוחזים את האוצר המדעי שלהם בשקיות סגורות. הם גם קדחו ליבות טבעת עצים, בתקווה לחשוף את עברם, כמו גילם וחשיפת השריפות. הם גם מדדו מאפייני יער שונים כדי להבין כיצד צמחים משתנים על פני הנוף.
בלילה, כשהזוהר הצפוני מתנופף ממעל, הם עיבדו את הדגימות שלהם במעבדות ניידות בתוך מגורי הטייסים. הם עיקרו רקמות טריות לפני השטח כדי להכין אותן DNA מיצוי ותרביות פטרייתיות מבודדות כדי לדמיין ולתעד זנים החיים בתוך הדגימות שלהם.
"לעתים קרובות עבדנו עד 2 או 3 לפנות בוקר והיינו ישנים כמה שעות לפני שטסנו לאתר הבא", אמר ארנולד. הימים הארוכים השתלמו: “בעולם הפטרייתי שעה של עבודת שטח היא שנה של אפיון ועשור של ניתוח פוטנציאל. ובתוך כמה שבועות בלבד, כיסינו הרבה קרקע".
כשהם נסעו מהאזורים הדרומיים החמים יותר לצפון הקר יותר, הם חזרו על הדגימה שלהם במרווחים של כ-100 מיילים. הם גם דגמו לאורך פס אחד של קו רוחב שהיה עצום באותה מידה, אך ייצג מעט מאוד שינוי באקלים, אמר ארנולד. הם דגמו באופן אסטרטגי בשני הממדים הללו כדי להבטיח שכל הבדלים במגוון הביולוגי הפטרייתי מונעים באמת מהבדלים סביבתיים ולא ממרחק בלבד. יחד, הם טסו כמעט 1,500 מייל ב-DeHavilland Otter שהיה הבית הנייד שלהם, ולעתים קרובות חולקים את שטח הנסיעה שלהם עם מיכלי דלק נוספים.
בטסי ארנולד היא פרופסור בבית הספר למדעי הצמח ואוצרת של הצמחייה המיקולגית של גילברטסון, אוסף המגוון הביולוגי הפטרייתי המוביל בדרום מערב. עבודתה על פני הביומה הבוריאאלית היא חלק מהיקף המחקר הגלובלי שלה, מעורבות סטודנטים ושותפויות עולמיות, המגיעות מדרום אפריקה ודרום אמריקה לאזור הארקטי. קרדיט: Jolanta Miadlikowska
מחקרים ישנים יותר בדקו את המתאם בין המגוון הביולוגי לקווי הרוחב, המשמש לעתים קרובות כפרוקסי לאקלים. מחקרים אלה מצאו כי באופן כללי, החיים הופכים מגוונים יותר קרוב לקו המשווה, אמר ארנולד. לדוגמה, עבור קבוצות רבות של אורגניזמים, אלו ביערות הגשם הטרופיים הינם מגוונים יותר מאשר אלו בטונדרה הארקטית.
מסתבר שזה לא כל כך פשוט כשמדובר בפטריות באזור הבוראלי.
"אנחנו מראים שקהילות פטרייתיות בוריאליות לא בהכרח משתנות עם האקלים באותה דרך צפויה כמו קהילות צמחים. במקום זאת, השפעת האקלים על פטריות אלו תלויה מאוד הן במין הפטרייתי והן במארח", אמרה הסופרת הראשית ג'אנה אורן, שסיימה את עבודת הדוקטורט שלה וערכה את ניתוח המעבדה עבור פרויקט זה כמדען פוסט-דוקטורט עם ארנולד לפני שעבר לאוניברסיטת וושינגטון סטייט. "זה אומר שאנחנו צריכים להגן על צמחים ו האנדופיטים הפטרייתיים שלהם ברחבי הביומה הבוראלית, ולא רק במיקום אחד, או שאנו מסתכנים באובדן מגוון ביולוגי חיוני ופטריות מגנות ביערות החשובים הללו."
ארנולד חושבת שהתלות האקלים המיוחדת של אנדופיטים פטרייתיים אלה משקפת תהליך של אבולוציה משותפת עם המארחים שלהם – או "מחקר ופיתוח", כפי שהיא ניסחה זאת – כאשר צמחים מוצאים את הפרטנר האידיאלי של האנדופיטים ופורחים למרות הלחצים הייחודיים שצמחים מתמודדים איתם. בנופי הצפון הקשים הללו.
"אנדופיטים נמצאים בכל רחבי העולם, אבל יש כאלה ייחודיים בסביבות שונות. אנו חושבים שסימביוזות עם אנדופיטים הן, בחלקן, איך צמחים מתגברים על אתגרים סביבתיים בקנה מידה עולמי – כלומר, עם השותפים הפטרייתיים הפנימיים שלהם", אמר ארנולד. "אין הרבה מידע בדיוק על מה שעושה אנדופיט בודד עבור צמח בודד. לכן, המחקר שלנו הוא יסודי במובן זה שניסינו להבין מי הם האנדופיטים האלה, ואיך הם מופצים, ואיך הם עשויים להשתנות עם אקלים משתנה."
היא מקווה שמחקר עתידי יוכל לבנות על הממצאים שלהם.
"מה שאנחנו כן יודעים זה שאנחנו מאבדים את המגוון הביולוגי הזה כשהיערות האלה משתנים, ואנחנו עדיין לא יודעים מהם המרכיבים התפקודיים העיקריים", אמרה.
משתף הפעולה פרנסואה לוצוני, פרופסור לביולוגיה באוניברסיטת דיוק ושותף לאדריכל המחקר הזה עם ארנולד, הסכים.
"זו הייתה חלק מעבודות השדה המורכבות ביותר שעשיתי אי פעם, אבל גם אחת מחוויות המחקר המרגשות ביותר שחוויתי", אמר לוצוני. "לתעד את המגוון הביולוגי בעולמנו המשתנה הוא מחקר חיוני. הדגימות שאספנו מופקדות בעשבוניות ולכן יש להן ערך מתמשך להבנת האופן שבו מינים, התפלגות שלהם, הגנים שלהם והמערכות האקולוגיות שהם חיים בהם משתנים עם הזמן. בתורו, הדרך הטובה ביותר עבור הרבריה לשרת את הקהילה המדעית היא על ידי שילוב עם מעבדות מחקר באוניברסיטאות ברמה עולמית".
במסגרת חשיבה זו, ארנולד פועל כעת להשתמש באנדופיטים מאריזונה בגידול ביתי כדי לשפר את עמידות היבול בעולם המשתנה הזה.
"בדיוק כמו שיערות בוריאליים מכילים מגוון בלתי צפוי של אנדופיטים, כך גם צמחים כאן באריזונה", אמר ארנולד. "השלבים הבאים שלנו הם לנצל את האנדופיטים העשירים והעתיקים האלה ככלים לעזור לצמחים לשגשג. בסופו של דבר, אנו מקווים שעל ידי הבנת הפטריות הללו בקנה מידה עולמי, נוכל לא רק לשרטט את העבר והעתיד של מרכיב מרכזי במגוון הביולוגי של הפלנטה שלנו, אלא שנוכל גם לרתום את אלה באזורים המקומיים שלנו כדי לגרום לגידולים לשגשג עם מים מוגבלים. טמפרטורות עולות. אפשר לומר שהעתיד הוא פטרייתי".
מחברים נוספים הם ג'ולנטה מיאדליקובסקה מאוניברסיטת דיוק, ברנרד בול מאוניברסיטת דבלין ואוניברסיטת דיוק, איגנציו קרבון מאוניברסיטת דיוק. אוניברסיטת צפון קרולינה סטייטGeorgiana May מאוניברסיטת מינסוטה, Naupaka B. Zimmerman מאוניברסיטת סן פרנסיסקו, Denis Valle מה- אוניברסיטת פלורידה ו-Valerie Trouet ממעבדת אוניברסיטת אריזונה לחקר טבעות עצים.
מחקר זה מומן באמצעות יוזמה של הקרן הלאומית למדע בשם Dimensions of Biodiversity.
