Nova pesquisa descobre que fungos que vivem em plantas saudáveis ​​são sensíveis às mudanças climáticas

Abetos, pinheiros, abetos e outras árvores elevam-se nas extensões geladas de terra que abrangem a América do Norte, o norte da Europa e a Rússia, formando um grande anel ao redor do mundo. Estas florestas boreais constituem o maior ecossistema terrestre e as florestas mais setentrionais da Terra.

Aninhados no tecido fotossintético, ou comedor de luz, das árvores boreais – e dentro dos abundantes líquenes semelhantes a nuvens e musgos emplumados que cobrem o solo entre eles – estão os fungos. Esses fungos são endófitos, o que significa que vivem dentro das plantas, muitas vezes em um arranjo mutuamente benéfico.

“Ser uma planta é viver em um mundo fúngico”, disse Betsy Arnold, professora da Escola de Ciências Vegetais da Faculdade de Agricultura, Ciências da Vida e Ambientais e do Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva da Faculdade de Ciências e membro do Instituto Bio5. “Os fungos endofíticos são vitais para a saúde das plantas de maneiras que ainda não são totalmente compreendidas, mas o que sabemos dos endófitos em geral é que eles são muito bons em proteger as plantas contra doenças e em ajudar as plantas a serem mais resistentes aos estressores ambientais. , como o calor. Eles fizeram parte de uma revolução importante em nosso pensamento sobre as plantas.”

Há mais de uma década, Arnold e a sua equipa partiram numa aventura de um mês nas profundezas da natureza selvagem do nordeste do Canadá para compreender como estas espécies de fungos se adaptaram a diferentes microambientes e como poderão reagir às futuras alterações climáticas.

Encontraram uma grande diversidade entre os fungos e que foram adaptados de formas altamente específicas às suas condições locais, o que implica que serão sensíveis a futuras mudanças climáticas. Com a saúde dos fungos tão intimamente ligada à saúde dos seus hospedeiros, estas descobertas têm implicações para a saúde geral das futuras florestas boreais e para o nosso planeta.

“As florestas boreais são fundamentais para os ciclos de carbono e água do nosso planeta”, disse Arnold. “E nosso trabalho destaca que eles abrigam alguns dos endófitos fúngicos mais evolutivamente diversos do mundo – endófitos que não são encontrados em nenhum outro lugar.”

Depois de mais de uma década de análise, suas descobertas foram Publicados no diário Biologia Atual.

“Nosso estudo colaborativo lançou luz sobre a diversidade no bioma boreal de fungos endofíticos recém-descobertos e sua sensibilidade ao clima”, disse o coautor principal do estudo, Shuzo Oita, que completou seus estudos de doutorado no laboratório de Arnold e agora é pesquisador na Sumitomo. Chemical Co., Ltd. “Os endófitos são frequentemente ignorados porque ocorrem em tecidos vegetais saudáveis, mas sua importância na biodiversidade e nos ecossistemas foi revelada recentemente.”

Voando em busca de fungos

A coleta de dados para chegar a essa conclusão foi um esforço gigantesco que exigiu que Arnold e seus colegas realizassem alguns dos trabalhos de campo mais intensos de sua vida, disse ela.

Durante um mês, durante o verão de 2011, a equipe contratou um piloto experiente “para acessar lugares onde as estradas não vão”, disse Arnold. A equipe de seis pessoas atravessou as florestas boreais do sul do Canadá até a borda da tundra ártica, pousando seu hidroavião em lagos ao longo do caminho.

Trinta e seis vezes eles decolaram e pousaram entre lagos remotos que pontilhavam a paisagem. Normalmente, eles passavam cerca de seis a 24 horas em cada local de amostragem.

Durante o dia, eles coletavam folhas saudáveis ​​de abetos, musgos e líquenes frescos do solo, guardando seu tesouro científico em sacos fechados com zíper. Eles também perfuraram núcleos de anéis de árvores, na esperança de revelar seu passado, como idade e exposição a incêndios florestais. Eles também mediram várias características da floresta para entender como as plantas variam na paisagem.

À noite, enquanto a aurora boreal flutuava no céu, eles processavam suas amostras em laboratórios portáteis dentro dos alojamentos dos pilotos. Eles esterilizaram tecidos frescos na superfície para prepará-los para a extração de DNA e isolaram culturas de fungos para visualizar e documentar cepas que vivem em suas amostras.

“Muitas vezes trabalhávamos até 2 ou 3 da manhã e dormíamos algumas horas antes de voar para o próximo local”, disse Arnold. Os longos dias valeram a pena: “No mundo dos fungos, uma hora de trabalho de campo equivale a um ano de caracterização e uma década de análise potencial. E em apenas algumas semanas cobrimos muito terreno.”

À medida que viajavam das regiões mais quentes do sul para as regiões mais frias do norte, repetiram a amostragem em intervalos de aproximadamente 160 quilómetros. Eles também coletaram amostras ao longo de uma única faixa de latitude que era igualmente vasta, mas representava muito poucas mudanças no clima, disse Arnold.

Eles coletaram amostras estrategicamente nessas duas dimensões para garantir que quaisquer diferenças na biodiversidade fúngica fossem realmente motivadas por diferenças ambientais, e não apenas pela distância. Juntos, eles voaram quase 2.400 quilômetros no DeHavilland Otter, que era sua casa móvel, muitas vezes compartilhando o espaço de viagem com tanques extras de combustível.

Estudos mais antigos examinaram a correlação entre biodiversidade e latitude, que é frequentemente utilizada como um indicador do clima. Esses estudos descobriram que, em geral, a vida se torna mais diversificada perto do equador, disse Arnold. Por exemplo, para muitos grupos de organismos, os das florestas tropicais são mais biodiversos do que os da tundra ártica.

Acontece que não é tão simples quando se trata de fungos na zona boreal.

“Mostramos que as comunidades de fungos boreais não mudam necessariamente com o clima da mesma forma previsível que as comunidades de plantas. Em vez disso, o efeito do clima sobre estes fungos é altamente dependente tanto das espécies de fungos como do hospedeiro”, disse o co-autor principal. Jana U’Ren, que completou seu trabalho de doutorado e conduziu a análise laboratorial para este projeto como cientista de pós-doutorado com Arnold antes de se mudar para a Washington State University. “Isso significa que precisamos proteger as plantas e seus fungos endófitos em todo o bioma boreal, e não apenas em um local, ou corremos o risco de perder biodiversidade vital e fungos protetores nestas importantes florestas”.

Arnold pensa que a dependência climática especial destes fungos endófitos reflecte um processo de co-evolução com os seus hospedeiros – ou “investigação e desenvolvimento”, como ela disse – à medida que as plantas encontram o parceiro endófito ideal e florescem apesar das tensões distintas que as plantas enfrentam. nestas duras paisagens do norte.

“Os endófitos são encontrados em todo o mundo, mas existem alguns distintos em diferentes ambientes. Acreditamos que as simbioses com os endófitos são, em parte, a forma como as plantas superam os desafios ambientais em escala global – isto é, com seus parceiros fúngicos internos”, Arnold disse.

“Não há muita informação sobre exatamente o que um endófito individual faz por uma planta individual. Portanto, nosso estudo é fundamental no sentido de que tentamos descobrir quem são esses endófitos, como estão distribuídos e como podem mudar com um clima em mudança.”

Ela espera que pesquisas futuras possam desenvolver suas descobertas.

“O que sabemos é que estamos a perder essa biodiversidade quando essas florestas estão a mudar, e ainda não sabemos quais são os principais elementos funcionais”, disse ela.

O colaborador François Lutzoni, professor de biologia na Duke University e co-arquiteto deste estudo com Arnold, concordou.

“Este foi um dos trabalhos de campo mais complexos que já fiz, mas também uma das experiências de pesquisa mais estimulantes que tive”, disse Lutzoni.

“Documentar a biodiversidade no nosso mundo em mudança é uma investigação essencial. Os espécimes que recolhemos são depositados em herbários e, portanto, têm um valor duradouro para compreender como as espécies, as suas distribuições, os seus genes e os ecossistemas que habitam mudam ao longo do tempo. para os herbários servirem à comunidade científica é serem integrados com laboratórios de pesquisa em universidades de classe mundial.”

Dentro desta mentalidade, Arnold está agora trabalhando para usar endófitos cultivados localmente no Arizona para aumentar a resiliência das culturas neste mundo em mudança.

“Assim como as florestas boreais abrigam uma diversidade inesperada de endófitos, o mesmo acontece com as plantas aqui no Arizona”, disse Arnold. “Nossos próximos passos são aproveitar esses endófitos ricos e antigos como ferramentas para ajudar as plantas a prosperar. Em última análise, esperamos que, ao compreender esses fungos em escala global, possamos não apenas traçar o passado e o futuro de um elemento-chave da biodiversidade do nosso planeta. , mas também podemos aproveitar isso em nossas áreas locais para fazer com que as colheitas prosperem com água limitada e temperaturas crescentes. Você pode dizer que o futuro é fúngico.”

Outros coautores são Jolanta Miadlikowska da Duke University, Bernard Ball da University College Dublin e Duke University, Ignazio Carbone da North Carolina State University, Georgiana May da University of Minnesota, Naupaka B. Zimmerman da University of San Francisco, Denis Valle da Universidade da Flórida e Valerie Trouet do Laboratório de Pesquisa de Anéis de Árvores da Universidade do Arizona.