Mycorrhiza schimmels - helden van een verborgen biodiversiteit

Ruytinx: “Sommige schimmels zijn in staat zich snel aan stresssituaties aan te passen, zoals bijvoorbeeld zware vervuiling door metalen of radioactiviteit. Als zij zich dan met bepaalde bomen verbinden zie je nieuwe vegetatie ontstaan en dat ecosystemen zich herstellen.”

Het grote schimmel-planten-verbond

Mycorrhiza schimmels zijn mee verantwoordelijk voor het leven op aarde zoals wij het kennen.

Bijna alle planten gaan een verbond aan met mycorrhiza schimmels. Mycorrhiza schimmels zijn een groep van netwerk-vormende bodemschimmels, die planten in staat stellen zich te vestigen in uiteenlopende milieus. Hun ondergrondse netwerken van schimmeldraden, mycelium, verbinden de planten met elkaar, reguleren de toegang tot voedingsstoffen en houden mogelijk toxische stoffen zoveel mogelijk tegen. Ze beschermen de plant tegen ziektes en verbeteren de wateropname.

Deze netwerken hebben de evolutie van landplanten überhaupt mogelijk gemaakt. Initiële landplanten hadden immers geen echte wortels. In ruil voor hun diensten krijgen de schimmels koolstof (suikers en vetten) van de plant. Er zijn verschillende types van mycorrhiza. Elk type gaat een eigen verbinding aan met de plant en verschilt in haar potentieel om voedingsstoffen te verzamelen en koolstof op te slaan.

1. Arbusculaire mycorrhiza schimmels gaan de oudste vorm van de symbiose met de plant aan, waarbij de myceliumdraden intracellulaire structuren vormen. Deze vorm vinden we bij ongeveer 80% van de planten, inclusief onze landbouwgewassen.
2. Ectomycorrhiza schimmels vormen een soort van omhulsel rond de worteltip en hun draden (hyphen) groeien tussen de cellen van de wortel. Sinds de transitie van de planten naar het land, ongeveer 470 miljoen jaar geleden, ontstond deze vorm meermaals uit saprotrofen, schimmels die dood plantenmateriaal afbreken. Deze ectomycorrhiza schimmels beschikken nog steeds over de capaciteit om organisch materiaal af te breken in hun zoektocht naar voedingsstoffen. Je vindt ze in de bossen waar ze het wood wide web vormen en zich soms bovengronds laten spotten als paddenstoel. De schimmels en netwerken kunnen verschillen per ecosysteem. Hun aanwezigheid wordt mee bepaald door de aanwezige plantensoorten, de ouderdom van de planten en bodemkarakteristieken.

Klimaatverandering en landbouw vormen grote bedreiging voor wood wide web

Schimmelnetwerken zijn essentieel voor het leven op aarde maar ze worden verstoord en verwoest. Grootste bedreigingen zijn de klimaatverandering en de landbouw. Bosbranden, overstromingen, droogte reduceren allen de soortenrijkdom van deze schimmels. Ook de landbouw. Regelmatig ploegen doorbreekt steeds opnieuw het ondergrondse schimmelnetwerk. Verder hebben beperkte bovengrondse diversiteit en overvloedig gebruik van meststoffen en pesticiden ervoor gezorgd dat landbouwbodems op sterven na dood zijn.

Ruytinx: “Eigenlijk maken we onze moderne landbouwgewassen lui. Doordat ze opgroeien in een door pesticiden beschermde omgeving en ze voedsel toegediend krijgen door bemesting, kunnen ze zich nog maar met moeite aan veranderende omstandigheden aanpassen. Vooral omdat ze hierdoor in grote mate de capaciteit hebben verloren om zich te gaan verbinden met een ondergronds schimmelnetwerk. Want waarom zouden ze de schimmels met koolstof voorzien als ze hun diensten niet nodig hebben.

Dat blijft niet zonder gevolgen. Door ondergrondse schimmelnetwerken te verwoesten, destabiliseren we onze ecosystemen en verliezen de toegang tot een efficiënt systeem van voedingsstoffenrecyclage en koolstofopslag.

Fukushima & zware metalen

Ruytinx en haar eigen internationale en interdisciplinaire netwerken willen nu zoveel mogelijk onderzoek en kennis bundelen om de nadelige effecten van landbouw en klimaatverandering in kaart te brengen en zo ook een bijdrage te kunnen leveren aan de transitie naar een andere landbouw, die veerkrachtiger zou kunnen zijn in tijden van klimaatverandering. Het gaat over onderzoek naar bijvoorbeeld bovengrondse netwerken die biodiversiteit in stand houden, de rol van insecten, andere soorten van bemesting, etc. Ruytinx focust op de weerbaarheid van schimmels.

Ruytinx: “Schimmels hebben een enorm adaptief vermogen en dit rijk herbergt heel wat extremofielen. Dat zijn soorten die zich perfect weten aan te passen aan ongunstige omstandigheden. Denk maar aan jonge dennen die verstoord gebied koloniseren met behulp van hun typische partner. Van historisch met metaalvervuilde bodems in de Noorderkempen tot recent gecontamineerde bodems in Fukushima, bruine ringboleet is present en ‘ready to rescue’. Deze ringboleet vertoont een enorme diversiteit in stresstolerantie waarbij verschillen in het genoom aan de basis liggen en specifieke genotypes geselecteerd worden in stressomstandigheden. Momenteel onderzoeken wij samen met partnerinstellingen waarom dit gebeurt en welke impact dit heeft op de symbiose, stresstolerantie en evolutie van de gastheerplant. Met die kennis zullen we ze hopelijk op een efficiënte manier kunnen inzetten voor de hervorming van bos- en landbouw, het beschermen en herstellen van ecosystemen.”

Het onderzoek naar vervuiling door radioactiviteit gebeurt samen met het Belgian Nuclear Research Centre (SCK-CEN), Fukushima University en UHasselt. Het onderzoek in de Noorderkempen is een samenwerking met UC Denver, University of Florida Gainesville, Joint Genome Institute en UHasselt. Onderzoek naar biodiversiteit in de landbouw wordt interdisciplinair benaderd vanuit verschillende onderzoeksgroepen aan de VUB.

https://micr.research.vub.be/en/plant-microbe-interactions

https://researchportal.vub.be/en/persons/jos-ruytinx

Contact:

Joske Ruytinx ; joske.ruytinx@vub.be; +32 (0)476 517938

Afbeeldingen - image 1 © Kenji Nanba  - image 2-9 © Joske Ruytinx

Afbeelding 1. Bruine ringboleet die wit netwerk van draden vormt in de bodem.

Afbeelding 2+3. Doorsnede door ectomycorrhiza wortel. De schimmel (groen) vormt een mantel rond de wortel (rood) en groeit tussen de buitenste laag cellen.

Afbeelding 4. Bruine ringboleet.

Afbeelding 5. Dennenzaailing waarbij de wortels gekoloniseerd zijn door een mycorrhizaschimmel.

Afbeelding 6. Ectomycorrhiza van den en zijn partner.

Afbeelding 7. Jonge dennen die zich vestigen in nieuw gebied binnen de Fukushima Exclusion Zone.

Afbeelding 8+9. Jonge dennen die zich vestigen in historisch vervuild gebied in de Noorderkempen