Microbiologie in hapklare porties
Symbiotische Oplossingen! Microben helpen bomen klimaatveranderingen te verdragen
Ze zeggen dat als je de hitte niet aankan, je de keuken moet verlaten, maar soms is dat niet zo eenvoudig. Naarmate de klimaatverandering verergert, worden dieren gedwongen te migreren naar gebieden met betere omstandigheden om te overleven. Andere soorten hebben niet zoveel geluk. Planten zijn letterlijk en figuurlijk aan hun locatie gebonden; ze kunnen niet zomaar vertrekken wanneer hun omgeving te stressvol wordt. In plaats daarvan moeten planten snel aanpassen of sterven. De wereldwijde temperaturen stijgen sneller dan planten kunnen evolueren, waardoor ze het risico lopen uit te sterven. Voor zo’n grote bedreiging is het misschien verrassend om te horen dat wetenschappers klein denken. In een recente studie hebben onderzoekers aangetoond dat ze de tolerantie van een boom voor klimaatstress kunnen verbeteren door microbiële gemeenschappen te gebruiken die zijn aangepast aan barre omstandigheden.
Het zaadje planten
Net onder het bodemoppervlak ligt een microscopische metropool genaamd de Rhizosfeer. Plantenwortels scheiden voedingsstoffen af in de bodem, waar micro-organismen zoals bacteriën en schimmels van kunnen leven. In ruil daarvoor verdedigen de microben de plant tegen ziekten en zetten ze chemicaliën om in middelen die de plant nodig heeft om te groeien. Dit creëert een symbiotische relatie tussen de plant en de microbiële gemeenschap bij zijn wortels. Recente gegevens suggereren dat de voordelen van de Rhizosfeer verder gaan dan alleen de uitwisseling van voedingsstoffen. In laboratoriumomstandigheden heeft een studie aangetoond dat associaties met verschillende bacteriën en schimmels de stressbestendigheid van planten kunnen verbeteren. Dit betekent dat planten klimaatverandering kunnen overleven met de juiste microben die hen ondersteunen, maar wetenschappers blijven sceptisch. De oorspronkelijke studies werden binnenshuis uitgevoerd zonder de volledige reikwijdte van de omgevingsdruk waaraan planten onderhevig zijn. Het zou een grote onderneming zijn om deze symbiotische relaties in het wild te testen. Toch was een onderzoeksgroep van de University of Wisconsin-Madison bereid de uitdaging aan te gaan.
De wetenschap induiken
Eerst kozen ze 2 verschillende veldlocaties om hun hypothese te testen en een serre als gecontroleerde omgeving. Zoals bij Goudlokje en de Drie Beren, vertegenwoordigde elke veldlocatie een andere klimaatconditie; de zuidelijke locatie was te heet, de noordelijke locatie was te koud en de serre controle was precies goed. Deze locaties werden gekozen om te zien of de bomen zich konden uitbreiden naar koelere regio’s of in gebieden konden blijven die te heet en droog werden, niet omdat ze een beroemd sprookje wilden nabootsen.
Rechtsboven: Op de noordelijke veldlocatie werden zaailingen geïnoculeerd met microbiële monsters genomen uit de noordelijke bodemverzamelingslocaties. Rechtsonder: Op de zuidelijke veldlocatie werden zaailingen geïnoculeerd met microbiële monsters genomen uit de zuidelijke bodemverzamelingslocaties.
Vervolgens moesten ze een panel van microbiële gemeenschappen voor het experiment vinden, dus verzamelden ze bodemmonsters van locaties met verschillende klimaatcondities. Het team verzamelde in totaal 12 diverse microbiële gemeenschappen. Van de monsters kwamen er 6 uit de noordelijke regio waar boomsoorten zich mogelijk uitbreiden, en 6 uit de zuidelijke regio waar boomsoorten afnemen. De microben die van nature groeien op de 12 locaties zouden al aangepast moeten zijn aan de gemiddelde temperatuur en neerslag van het gebied. Onderzoekers hypothesizeerden dat bomen die geassocieerd zijn met deze microbiële gemeenschappen een betere kans zouden hebben om klimaatcondities te overleven waar hun microscopische vrienden zich al aan hadden aangepast.
Om deze hypothese te testen, waren ze zorgvuldig bij het opzetten van het experiment. De zaailingen werden gekweekt in steriele grond in een serre voordat ze werden geïntroduceerd in een van de 12 microbiële gemeenschappen die waren bemonsterd. De geïnoculeerde zaailingen kregen de tijd om uit te groeien tot boompjes voordat ze naar het veld werden overgebracht, waardoor er voldoende tijd was voor de verbindingen tussen de boompjes en bodemmicroben. Het team wilde per ongeluk invasieve microbiële soorten in hun veldlocaties vermijden, omdat dit het ecosysteem na het experiment zou kunnen schaden. Dus, boompjes gekweekt met microben uit het noordelijke gebied werden geplant op de noordelijke veldlocatie, en de boompjes gekweekt met de zuidelijke microben werden geplant op de zuidelijke veldlocatie. Uiteindelijk was het tijd om boomzaailingen in beide veldlocaties te planten en de microben hun magie te laten doen.
Oogsten wat ze zaaien
De bomen werden drie jaar aan de elementen overgelaten, waarbij seizoensgebonden details van boomsurvival, groei en bodemmicrobiële samenstelling werden geregistreerd. De resultaten toonden aan dat hun hypothese correct was; klimaat-aangepaste microben kunnen de stressbestendigheid van bomen verbeteren. Bomen die geïnoculeerd waren met de noordelijke microbiële monsters vertoonden een significante toename in het vermogen om een koude winter te overleven. De bomen die werden geïnoculeerd met de zuidelijke microbiële monsters hadden een grotere kans om droogte te overleven, maar de zuidelijke microben waren niet nuttig voor bomen die gemiddelde regenval ervoeren.
Hoewel ze konden aantonen dat aangepaste microben de stressbestendigheid van planten kunnen verbeteren, merken de auteurs van dit artikel enkele beperkingen op. Het implementeren van deze strategie om de effecten van klimaatverandering te bestrijden zou erg uitdagend zijn omdat bomen geïnoculeerd zouden moeten worden voordat ze wortel schieten op hun uiteindelijke locatie. Bestaande bossen lopen nog steeds risico, maar er is hoop voor het vestigen van microbiële klimaattolerantie tijdens herbebossing. Deze studie heeft wetenschappers een beter begrip gegeven van plant-microbe stressbestendigheid. De volgende stap is het testen van planten uit verschillende ecosystemen om te zien of vergelijkbare resultaten worden gevonden. Het vermogen om beter te voorspellen hoe microben planten kunnen helpen in tijden van stress zal toekomstige conservatie plannen ten goede komen.
Featured image: Original artwork by author Erin Cafferty
Vertaald door: Mira Stas
micro-bites.org 