Gljive u zemljištu: mreža života koja štiti drveće i pomaže u borbi protiv klimatskih promjena

Slika 1: Ektomikorizna gljiva Lactarius camphoratus, koja formira bijeli omotač oko korijena hrasta (Fotografija: Laura Martinez-Suz).

Slika 2: Dobro poznata otrovna gljiva zvana muhara (Amanita muscaria) može formirati mikoriznu asocijaciju sa nekoliko vrsta drveća, uključujući borove, kao što je ovdje prikazano (Autor: Angela Mele).

Hinweis für die Medien: Die von iDiv bereitgestellten Bilder dürfen ausschließlich für die Berichterstattung im Zusammenhang mit dieser Medienmitteilung und unter Angabe des/der Urhebers/in verwendet werden.

Open PDF in new window.

Olivia Azevedo ¹* i Frank Ashwood ²

¹ Biološke nauke i nauke o životnoj sredini, Univerzitet Stirling, Stirling, Ujedinjeno Kraljevstvo
² Istraživanje šuma, Sjeverna istraživačka stanica, Roslin, Ujedinjeno Kraljevstvo

Ektomikorizne gljive su vrsta gljiva koje razvijaju obostrano koristan odnos sa korijenima biljaka. Ove gljive formiraju drevni i izuzetno uspješan partnerski odnos sa šumskim drvećem širom svijeta. Drveće i gljive koje su povezane sa njima su razvile sistem razmjene: gljive pomažu biljkama da dođu do teško dostupnih hranljivih materija, a zauzvrat gljive dobijaju konstantan pristup ugljenim hidratima (kao što su šećeri) iz biljke. Ova nevidljiva interakcija utiče na skladištenje i kruženje ugljenika u zemljištu i koristi zdravlju i ishrani biljaka. Ektomikorizne gljive su takođe važne za razgradnju uginulih biljaka i životinja. One doprinose biodiverzitetu (biološkoj raznovrsnosti) zemljišta i mogu nam pomoći da zaštitimo naše šume suočene sa ekološkim stresovima, kao što su klimatske promjene i prekomjerno iskorištavanje zemljišta.

GLJIVE I NJIHOVA ULOGA U ŠUMSKIM EKOSISTEMIMA

Često čujemo da je raznolikost začin života. Ova izjava se lako može primijeniti na mnoge interakcije u prirodi, kao što su one koje se dešavaju u šumskim ekosistemima. Da bi vodile dug i zdrav život, skoro sve biljke u prirodi oslanjaju se na složenu i raznoliku mrežu organizama u zemljištu koji se hrane jedni drugima. Ova nevidljiva podzemna mreža sastoji se od sićušnih bakterija, arheja, gljiva i mnogih drugih mikroskopskih organizama.

U šumskim zemljištima gljive su važan član šire ekološke mreže. Gljive imaju mnogo ekoloških uloga, ali dvije od njih su posebno značajne. Prvo, gljive su važni razlagači u prirodi. One se ističu u razlaganju mrtvog biljnog materijala (koji se naziva organska materija) jer su efikasnije od drugih organizama u potpunom razbijanju čvrstih materijala koji se nalaze u ćelijama drvenastih biljaka [1]. Opremljene širokim spektrom enzima (proteini koji ubrzavaju hemijske reakcije), gljive mogu razgraditi organsku materiju i osloboditi teško dostupne hranljive materije, čineći ih pristupačnim biljkama i drugim stanovnicima zemljišta. Međutim, tokom razgradnje gljive oslobađaju gas CO₂ kao otpadni proizvod, što rezultira oslobađanjem ugljenika iz zemljišta u atmosferu. Gljive su toliko izvrsni razlagači da je gljivično razlaganje jedan od najvećih globalnih izvora emisije ugljenika, oslobađajući 85 gigatona (gigatona je jednaka milijardi tona) ugljenika u atmosferu svake godine. Poređenja radi, u 2018. godini, sagorijevanje fosilnih goriva proizvelo je oko 10 gigatona ugljenika [2].

U ovom članku ćemo se fokusirati na drugu važnu ulogu koju takođe igraju gljive: njihov simbiotski odnos sa drvećem i drugim biljkama. Simbiotski odnos u kojem obje vrste imaju koristi poznat je kao mutualizam. Gljive koje formiraju mutualističke odnose sa biljkama poznate su kao mikorizne gljive; od "mycos", što znači "gljiva" i "riza", što znači "korijen". Mikorizne gljive formiraju drevne, mutualističke veze sa korijenima oko 80% svih kopnenih biljnih vrsta [1]. Čak i naizgled neplodni Antarktik ima fosilne ostatke mikoriznih zajednica. Studije pokazuju da ovaj timski rad između biljaka i gljiva traje već 400 miliona godina, od vremena kada su biljke počele da kolonizuju kopno [3]. Kao i sve druge gljive, mikorizne gljive ne mogu same da proizvode hranu pa šećere dobijaju od svojih biljnih domaćina a u zamjenu biljkama daju vodu i hranljive materije iz zemlje, kao što su azot i fosfor.

Za razliku od gljiva razlagača, koje protežno naseljavaju površinski dio zemljišta i oslobađaju velike količine ugljenika kroz svoje aktivnosti, simbiotske mikorizne gljive prodiru dublje u tlo. Zahvaljujući tome, mikorizna mreža je veoma značajna za skladištenje ugljenika u tlu jer ove gljive drže ugljenik zaključan dalje od atmosfere i uskladišten u vidu teško-razgradive organske materije. Procijenjeno je da biljke koje formiranju mikorizne zajednice mogu da uskladište do 35% više ugljenika u zemljište od nemikoriznih biljaka, a značajna količina ugljenika u mikoriznim tkivima može ostati u zemljištu dugi niz godina [4]. Ovo je važno jer moramo da zadržimo ugljenik u tlu u dužem vremenskom periodu zato što povećana količina ugljenika u atmosferi izaziva porast globalnih temperatura.

Uprkos važnoj ulozi koju gljive igraju u šumskim ekosistemima, raznovrsnost gljiva se često zanemaruje prilikom donošenja odluka o upravljanju šumama. Ljudske aktivnosti, kao što je sječa ili neselektivna upotreba mineralnih đubriva, mogu promijeniti podzemnu mrežu i poremetiti ravnotežu čitavog ekosistema. Kao i u slučaju svake druge mreže, ako samo jedan od spojnih segmenata nedostaje ili je oslabljen, cijela struktura može da bude poremećena.

GLJIVIČNA SFERA

Postoje dvije glavne vrste mikoriznih gljiva. Prva vrsta, zvana endomikoriza, živi unutar biljnih ćelija. Iako se u ovom članku nećemo fokusirati na njih, one su zanimljive jer su nevjerovatni stručnjaci za prilagođavanje različitim okruženjima. Endomikorizne gljive uključuju arbuskularne, erikoidne i orhidejne mikorize. Međutim, glavni fokus našeg članka su ektomikorizne gljive (takozvane ektomikorize), koje žive na spoljašnjoj strani zidova biljnih ćelija. Iako više tipova mikoriza može koegzistirati (živjeti zajedno) u jednom ekosistemu, ektomikorize su dominantne u šumama sa umjerenom i borealnom klimom. Postoji oko 6.000 vrsta ektomikoriznih gljiva koje uspostavljaju simbiotske asocijacije sa mnogim drvećem i drvenastim biljkama.

Ektomikorize se sastoje od dvije glavne strukture: plodnih tijela i hifa. Plodna tijela su strukture koje sadrže spore koje ektomikorize koriste za razmnožavanje. Oko 4.500 vrsta ektomikoriznih gljiva ima nadzemna plodna tijela (pečurke), dok do četvrtina ima podzemna plodna tijela (na primjer, tartufi). Ektomikorize takođe imaju hife (od grčkog što znači „mreža“), koje predstavljaju dugačke filamente nalik cjevčicama koje gljive koriste da apsorbuju i transportuju hranljive materije. Hife formiraju prostirku od gljivičnog tkiva oko korijena biljaka, stvarajući omotač koji obavija korijenje poput gipsa na slomljenoj nozi (slika 1). Hife se takođe prostiru izvan korijena, poput vena probijajući se između čestica tla, korijenja i kamenja da bi usvojile hranljive materije koje su izvan dometa korijena biljaka. Ektomikorizne takođe proizvode antibiotike, hormone i vitamine koji su korisni za biljku i štite korijenje biljaka od štetnih uslova u zemljištu, kao što su nedostatak hranljivih materija, napadi organizma koji izazivaju bolesti i toksične supstance. Zauzvrat, gljive dobijaju stalan i direktan pristup ugljenim hidratima (kao što su šećeri) koje proizvode njihovi biljni domaćini tokom fotosinteze.

EKTOMIKORIZE I ŠUME: TIMSKI RAD U SVOM NAJBOLJEM IZDANJU

Ektomikorize su najčešće povezane sa drvenastim biljkama kao što su drveće i žbunje. Povremeno mogu formirati ekskluzivne odnose, u kojima se samo jedna vrsta gljive povezuje sa određenom vrstom drveća. Međutim, ektomikorizne gljive se obično povezuju sa raznim vrstama drveća. Uobičajeno je pronaći nekoliko različitih mikoriznih gljiva na korijenskom sistemu jednog drveta, ili jednu vrstu gljive koja je povezana sa nekoliko različitih vrsta drveća. Na primjer, smrča može da formira simbiotske asocijacije sa preko 100 različitih vrsta gljiva. Poznata otrovna gljiva muhara može da kolonizuje korijenje nekoliko vrsta drveća, uključujući bor, brezu, smrču i eukaliptus (slika 2).

Procenat biljnih vrsta koje mogu biti kolonizovane ektomikoriznim gljivama je relativno mali — samo oko 2% svjetskih biljaka. Međutim, biljke koje ulaze u simbiozu sa ovim gljivama pokrivaju velike površine na Zemlji i imaju visoku ekonomsku vrijednost, na primjer kao izvor drveta. U sjevernim umjerenim regionima, bor, topola, smrča, jela, vrba, bukva, breza i hrast su povezani sa ektomikoriznim gljivama, a u južnoj hemisferi biljne vrste koje najčešće ulaze u ovaj tip simbioze su eukaliptus i južna bukva.

Ektomikorize omogućavaju drveću i šumama da se prilagode sezonskim i pejzažnim promjenama, na primjer obezbjeđujući adekvatnu količinu vode tokom cijele godine i pomažući biljkama da se uspostave na novom zemljištu. Gljive takođe štite biljke od degradacije zemljišta, zagađenja i promjenljivih klimatskih uslova. Naučnici su uočili direktnu vezu između smanjenog broja (količine) ektomikoriznih gljiva i narušenog zdravlja drveća. Pošto svaka vrsta ektomikoriznih gljiva ima svoj jedinstveni skup karakteristika, svaka vrsta je neophodna i nezamjenljiva. Na primjer, određene vrste preferiraju hladne ili vlažne uslove; druge funkcionišu bolje tokom toplih ili sušnih sezona; neke su stručnjaci za usvajanje fosfora i azota iz zemlje; a drugi su efikasniji u usvajanju ovih nutrijenata iz raspadajuće organske materije [5].

Ektomikorizne gljive su takođe izuzetno važna karika između biljaka i složenih zajednica drugih organizama u zemlji koji zajedno čine mrežu lanca ishrane. Ove gljive obezbjeđuju važne hranljive materije organizmima koji žive u zemljištu oko korijenja biljaka, kao što su druge sitne gljive, bakterije, protozoe i beskičmenjaci. One takođe mogu da proizvode plodna tijela koja su neophodna hrana za divlje životinje u šumskim ekosistemima. Na primjer, mnogi glodari, kao što su sjeverna leteća vjeverica i zapadna crvenoleđa voluharica, zavise od tartufa kao svog primarnog izvora hrane. Mnogi drugi sisari se takođe hrane gljivama, uključujući medvjede, jelene i miševe. Ljudi se dive složenim i često lijepim strukturama pečuraka, uče kako da ih identifikuju i razumiju njihovu ekologiju i uživaju u njima kao u kulinarskim delikatesima. Divlje gljive se takođe koriste u medicinske svrhe, a farmaceutska industrija proučava antibakterijska svojstva ektomikoriznih gljiva.

ZAŠTITA NAŠIH ŠUMA I GLJIVA

Uprkos značaju mikorizne simbioze u šumama širom svijeta, očuvanje ektomikoriznih gljiva i njihovo praćenje radi procjene zdravlja šuma rijetko se razmatraju u odlukama o upravljanju šumama. Funkcije i usluge koje šume pružaju zavise od biodiverziteta zemljišta. Gljive su ključni dio biodiverziteta što ih čini važnim partnerom za prevazilaženje globalnih izazova sa kojima se trenutno suočavamo. Gljive bi mogle da doprinesu dugoročnom uklanjanju ugljenika iz atmosfere, što bi nam pomoglo u borbi protiv efekata klimatskih promjena. Zahvaljujući tome što učestvuju u procesu kruženja esencijalnih hranljivih materija, gljive bi mogle da pomognu u sprječavanju degradacije zemljišta kako bi ono moglo da nastavi proizvoditi hranu i održavati život. Naučnici i ljudi koji upravljaju zemljištem moraju nastaviti da proučavaju i štite ektomikorizne gljive da bi ovi važni organizmi zadržali svoju ključnu ulogu u mreži života na našoj planeti.

ZAHVALNICA

Željeli bismo da se zahvalimo na finansijskoj i logističkoj podršci Univerziteta Stirling, Forest Research, Natural England, Woodland Trust, Forestry Commission Scotland i Tarmac.

REČNIK

Razlagač
To su bakterije, gljive ili beskičmenjaci koji razgrađuju mrtve biljke i životinje, oslobađajući hranljive materije nazad u tlo. Bez njih, mrtvi organizmi i otpad bi se samo gomilali i biljke ne bi mogle da dobiju esencijalne hranljive materije.

Organska materija
Svaki materijal koji je prvobitno proizveo živi organizam, kao što su biljke, životinje i mikroorganizmi, koji se vraća u tlo i može se dalje razgraditi. Organska materija je bogata ugljenikom.

Simbioza
Bilo koja vrsta bliske, dugotrajne biološke interakcije između dva različita organizma.

Mutualizam
Odnos između dvije ili više vrsta, u kojem svaka vrsta ima koristi.

Mikorizne gljive
Gljive koje formiraju uzajamni odnos sa korijenima biljaka. Gljive biljkama omogućavanju pristup hranljivim materijama i zaštitu, a zauzvrat od njih dobijaju šećere.

Ektomikoriza
Odnos između gljive i korijena određenih biljaka.

Plodno tijelo
Strukture koje proizvode gljive da bi se mogle razmnožavati. Pečurka je uobičajena vrsta plodnog tijela.

Hife
Dugačke, granaste strukture gljive koje se šire kroz tlo da apsorbuju i transportuju hranljive materije.

LITERATURA

1. van der Heijden, M. G. A., Martin, F. M., Selosse, M. A., and Sanders, I. R. 2015. Mycorrhizal ecology and evolution: the past, the present, and the future. New Phytol. 205:1406–23. doi: 10.1111/nph.13288
2. Friedlingstein, P., Jones, M. W., O’sullivan, M., Andrew, R. M., Hauck, J., Peters, G. P., et al. 2019. Global carbon budget 2019. Earth Syst. Sci. Data. 11:1783–838. doi: 10.5194/essd-11-1783-2019
3. Brundrett, M. C. 2002. Coevolution of roots and mycorrhizas of land plants. New Phytol. 154:275–304. doi: 10.1046/j.1469-8137.2002.00397.x
4. Frey, S. D. 2019. Mycorrhizal fungi as mediators of soil organic matter dynamics. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 50:237–59. doi: 10.1146/annurev-ecolsys-110617-062331
5. Amaranthus, M. P. 1998. The Importance and Conservation of Ectomycorrhizal Fungal Diversity in Forest Ecosystems : Lessons From Europe and the Pacific Northwest. Portland, OR. doi: 10.2737/PNW-GTR-431

UREDIO: Rémy Beugnon, German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Germany

CITIRANJE RADA: Azevedo O and Ashwood F (2022) The Soil Fungi: A Web of Life That Protects Trees and Fight Climate Change. Front. Young Minds 10:652660. doi: 10.3389/frym.2022.652660

SUKOB INTERESA: Autori izjavljuju da je istraživanje sprovedeno u odsustvu bilo kakvih komercijalnih ili finansijskih odnosa koji bi se mogli protumačiti kao potencijalni sukob interesa.

AUTORSKA PRAVA © 2022 Azevedo i Ashvood: Ovo je članak otvorenog pristupa koji se distribuira pod uslovima licence Creative Commons Attribution License (CC BI). Upotreba, distribucija ili reprodukcija na drugim forumima je dozvoljena, pod uslovom da se navedu originalni autor(i) i vlasnik(i) autorskih prava i da se citira originalna publikacija u ovom časopisu, u skladu sa prihvaćenom akademskom praksom. Nije dozvoljena nikakva upotreba, distribucija ili reprodukcija koja nije u skladu sa ovim uslovima.

MLADI RECEZENTI

ANNA, 16 GODINA
Željela sam da uradim (recenziju) za Frontiers for Young Minds jer sam mislila da će to biti odlična prilika da naučim više o svijetu oko sebe! Volim prirodne nauke, posebno biologiju i fiziku. Poslije škole bih voljela da radim nešto sa tim predmetima.

CATHERINE, 15 GODINA
Volim muziku i pjevanje, sviram violinu i gitaru i uživam u pisanju! Ja sam član planinske plesne grupe i volontiram sa djecom u lokalnim dječijim klubovima i vodičima. Uživam da prisustvujem događajima za mlade u svojoj crkvi i da se bavim fitnesom. Nadala sam se da ću čitanjem ovih članaka moći da naučim o novim i zanimljivim stvarima!

AUTORI

OLIVIA AZEVEDO
Ja sam bivša novinarka koji je odlučila da postane naučnica i izučava zemljište. Preselila sam se iz Portugala u Škotsku gdje sam trenutno doktorski student na Univerzitetu Stirling. Moje istraživanje uključuje dosta kopanja po šumskom tlu u nadi da ću pronaći odgovore na jedno važno pitanje: “Šta se dešava sa zemljištem i organizmima koji žive u zemljištu kada posadite drveće?“. Moja istraživačka interesovanja uključuju, ali nisu ograničena na, sledeće oblasti: biodiverzitet zemljišta, kruženje hranljivih materija, uzajamni odnosi koji povezuju nadzemne i podzemne komponente kopnenih ekosistema, degradacija zemljišta i upravljanje zemljištem, istorijski pejzaži tla. *olivia.azevedo@stir.ac.uk

FRANK ASHWOOD
Strast prema prirodi podstakla me je da studiram biologiju na univerzitetu, gdje sam volontirao za istraživačke projekte o ekologiji beskičmenjaka u Škotskoj i Meksiku. Nakon što sam nekoliko godina radio kao konsultant za životnu sredinu, vratio sam se na univerzitet i doktorirao, proučavajući kišne gliste na obnovljenim deponijama. Sada imam odličan posao kao ekolog zemljišta za istraživanje šuma, gdje proučavam biodiverzitet zemljišta u šumama Ujedinjenog Kraljevstva. U slobodno vrijeme sam nastavnik biologije zemljišta i bavim se makro fotografijom (fotografisanjem sićušnih životinja koje žive u zemljištu).

FINANSIRANJE (PREVODA)

Tim Translating Soil Biodiversity zahvaljuje se na podršci Njemačkom centru za integrativna istraživanja biodiverziteta (iDiv) Hale-Jena-Lajpcig koji finansira Njemačka istraživačka fondacija (DFG FZT 118, 202548816).

PREVELA

DAJANA RADUJKOVIĆ