Articles

växter pratar med varandra med hjälp av ett internet av svamp

det är en informations motorväg som påskyndar interaktioner mellan en stor, varierande population av individer. Det gör det möjligt för individer som kan vara brett separerade att kommunicera och hjälpa varandra. Men det gör det också möjligt för dem att begå nya former av brott.

Nej, vi pratar inte om internet, vi pratar om svampar. Medan svampar kan vara den mest kända delen av en svamp, består de flesta av deras kroppar av en massa tunna trådar, känd som ett mycelium. Vi vet nu att dessa trådar fungerar som ett slags underjordiskt internet som förbinder rötterna från olika växter. Det trädet i din trädgård är förmodligen ansluten till en buske flera meter bort, tack vare mycelia.

ju mer vi lär oss om dessa underjordiska nätverk, desto mer måste våra tankar om växter förändras. De sitter inte bara där tyst växande. Genom att länka till svampnätverket kan de hjälpa sina grannar genom att dela näringsämnen och information – eller sabotera ovälkomna växter genom att sprida giftiga kemikalier genom nätverket. Denna ”wood wide web”, Det visar sig, har till och med sin egen version av cyberbrott.

cirka 90% av markplantorna är i ömsesidigt fördelaktiga relationer med svampar. Den 19: e-talet tyska biologen Albert Bernard Frank myntade ordet ”mycorrhiza” för att beskriva dessa partnerskap, där svampen koloniserar rötterna av anläggningen.

svampar har kallats”jordens naturliga internet”

i mykorrhizala föreningar ger växter svampar med mat i form av kolhydrater. I utbyte hjälper svamparna växterna att suga upp vatten och ge näringsämnen som fosfor och kväve via deras mycelia. Sedan 1960-talet har det varit tydligt att mycorrhizae hjälper enskilda växter att växa.

Svampnätverk ökar också deras värdväxters immunsystem. Det beror på att när en svamp koloniserar en växts rötter utlöser den produktionen av försvarsrelaterade kemikalier. Dessa gör senare immunsystemsvar snabbare och effektivare, ett fenomen som kallas ”priming”. Att bara ansluta till myceliala nätverk gör Växter mer resistenta mot sjukdomar.

men det är inte allt. Vi vet nu att mycorrhizae också ansluter växter som kan vara mycket separerade. Svamp expert Paul Stamets kallade dem ”jordens naturliga internet” i en TED talk 2008. Han hade först tanken på 1970-talet när han studerade svampar med ett elektronmikroskop. Stamets märkte likheter mellan mycelia och ARPANET, det amerikanska försvarsdepartementets tidiga version av internet.

filmfans kan påminnas om James Camerons 2009 blockbuster Avatar. På skogsmånen där filmen äger rum är alla organismer anslutna. De kan kommunicera och kollektivt hantera resurser tack vare”någon form av elektrokemisk kommunikation mellan trädens rötter”. Tillbaka i den verkliga världen verkar det finnas en viss sanning i detta.

det har tagit årtionden att pussla ihop vad svamp internet kan göra. Tillbaka 1997 hittade Suzanne Simard från University of British Columbia i Vancouver en av de första bevisen. Hon visade att Douglasgran och pappersbjörkar kan överföra kol mellan dem via mycelia. Andra har sedan visat att växter också kan utbyta kväve och fosfor, på samma väg.

dessa växter är inte riktigt individer

Simard tror nu att stora träd hjälper till med små, yngre som använder svampinternet. Utan denna hjälp tror hon att många plantor inte skulle överleva. I 1997-studien fick plantor i skuggan – som sannolikt saknar mat – mer kol från givarträd.

” dessa växter är inte riktigt individer i den meningen att Darwin trodde att de var individer som tävlade om överlevnad av de starkaste”, säger Simard i 2011-dokumentären Do Trees Communicate? ”I själva verket interagerar de med varandra och försöker hjälpa varandra att överleva.”

det är emellertid kontroversiellt hur användbara dessa näringsöverföringar verkligen är. ”Vi vet säkert att det händer, men det som är mindre tydligt är i vilken utsträckning det händer”, säger Lynne Boddy från Cardiff University i Storbritannien.

medan det argumentet rasar på, har andra forskare funnit bevis för att växter kan gå en bättre och kommunicera genom mycelia. År 2010 fann Ren Sen Zeng från South China Agricultural University i Guangzhou att när växter fästs av skadliga svampar släpper de kemiska signaler in i mycelia som varnar sina grannar.

tomatplantor kan”avlyssna” på försvarssvar

Zengs team växte par tomatplantor i krukor. Några av växterna fick bilda mycorrhizae.

När svampnätverket hade bildats sprutades bladen på en växt i varje par med Alternaria solani, en svamp som orsakar tidig sjukdom. Lufttäta plastpåsar användes för att förhindra kemisk signalering över marken mellan växterna.

efter 65 timmar försökte Zeng infektera den andra växten i varje par. Han fann att de var mycket mindre benägna att få blight, och hade betydligt lägre nivåer av skador när de gjorde, om de hade mycelia.

” Vi föreslår att tomatplantor kan ”avlyssna” försvarssvar och öka deras sjukdomsresistens mot potentiell patogen”, skrev Zeng och hans kollegor. Så inte bara tillåter mycorrhizae växter att dela mat, de hjälper dem att försvara sig.

det är inte bara tomater som gör det här. År 2013 visade David Johnson från University Of Aberdeen och hans kollegor att breda bönor också använder svampnätverk för att plocka upp överhängande hot – i detta fall hungriga bladlöss.Johnson fann att breda bönplantor som inte själva attackerades av bladlöss, men var kopplade till de som var via svampmycelia, aktiverade deras kemiska försvar mot bladlöss. De utan mycelia gjorde det inte.

”någon form av signalering pågick mellan dessa växter om växtätande av bladlöss, och dessa signaler transporterades genom mykorrhizala myceliala nätverk”, säger Johnson.

men precis som det mänskliga internet har svampinternet en mörk sida. Vårt internet undergräver privatlivet och underlättar allvarlig brottslighet-och ofta tillåter datavirus att sprida sig. På samma sätt betyder växternas svampförbindelser att de aldrig är riktigt ensamma, och att illvilliga grannar kan skada dem.

för en sak stjäl vissa växter från varandra via internet. Det finns växter som inte har klorofyll, så till skillnad från de flesta växter kan de inte producera sin egen energi genom fotosyntes. Några av dessa växter, som phantom orchid, får kolet de behöver från närliggande träd, via mycelia av svampar som båda är anslutna till.

andra orchids stjäl bara när det passar dem. Dessa ” mixotrofer ”kan utföra fotosyntes, men de” stjäl ” också kol från andra växter med hjälp av svampnätet som länkar dem.

det kanske inte låter så illa. Växt cyberbrott kan dock vara mycket mer olycksbådande än lite småstöld.

växter måste konkurrera med sina grannar om resurser som vatten och ljus. Som en del av den striden släpper vissa kemikalier som skadar sina rivaler.

denna ”allelopati” är ganska vanlig i träd, inklusive akacier, sockerbär, amerikanska sycamores och flera arter av eukalyptus. De släpper ut ämnen som antingen minskar risken för att andra växter etableras i närheten eller minskar spridningen av mikrober runt sina rötter.skeptiska forskare tvivlar på att allelopati hjälper dessa ovänliga växter mycket. Visst, säger de, de skadliga kemikalierna skulle absorberas av jord eller brytas ner av mikrober innan de kunde resa långt.

men kanske växter kan komma runt detta problem genom att utnyttja underjordiska svampnätverk som täcker större avstånd. År 2011 satte kemiekologen Kathryn Morris och hennes kollegor ut för att testa denna teori.

Morris, tidigare Barto, växte gyllene guldblommor i behållare med mykorrhizal svampar. Krukorna innehöll cylindrar omgivna av ett nät, med hål tillräckligt små för att hålla rötterna ute men tillräckligt stora för att släppa in mycelia. Hälften av dessa cylindrar vändes regelbundet för att stoppa svampnät som växte i dem.teamet testade jorden i cylindrarna för två föreningar gjorda av guldblommorna, vilket kan sakta tillväxten av andra växter och döda nematodmaskar. I cylindrarna där svamparna fick växa var nivåerna av de två föreningarna 179% och 278% högre än i cylindrar utan svampar. Det tyder på att mycelia verkligen transporterade toxinerna.

teamet växte sedan salladsplantor i jorden från båda uppsättningarna Behållare. Efter 25 dagar vägde de som odlades i den mer toxinrika jorden 40% mindre än de i jord som isolerades från mycelia. ”Dessa experiment visar att svampnätverken kan transportera dessa kemikalier i tillräckligt höga koncentrationer för att påverka växttillväxten”, säger Morris, som nu är baserad vid Xavier University i Cincinnati, Ohio.

som svar har vissa hävdat att kemikalierna kanske inte fungerar lika bra utanför laboratoriet. Så Michaela Achatz från Berlin Free University i Tyskland och hennes kollegor letade efter en liknande effekt i naturen.

ett av de bäst studerade exemplen på allelopati är det amerikanska svarta valnötsträdet. Det hämmar tillväxten av många växter, inklusive häftklamrar som potatis och gurkor, genom att släppa en kemikalie som kallas jugalone från sina löv och rötter.

Achatz och hennes team placerade krukor runt valnötsträd, varav några svampnätverk kunde tränga igenom. Dessa krukor innehöll nästan fyra gånger mer jugalone än krukor som roterades för att hålla ut svampanslutningar. Rötterna av tomatplantor planterade i jugenenenrik jord vägde i genomsnitt 36% mindre.

vissa speciellt listiga växter kan till och med förändra sminken i närliggande svampsamhällen. Studier har visat att fläckig knapweed, smal vild havre och mjuk brom alla kan förändra svampens smink av jordar. Enligt Morris kan detta göra det möjligt för dem att bättre rikta sig mot konkurrerande arter med giftiga kemikalier genom att gynna tillväxten av svampar som de båda kan ansluta till.

djur kan också utnyttja svampinternet. Vissa växter producerar föreningar för att locka vänliga bakterier och svampar till sina rötter, men dessa signaler kan plockas upp av insekter och maskar som letar efter goda rötter att äta. År 2012 föreslog Morris att rörelsen av dessa signalkemikalier genom svampmycelia oavsiktligt kan annonsera växternas närvaro till dessa djur. Men hon säger att detta inte har visats i ett experiment.

som ett resultat av denna växande mängd bevis har många biologer börjat använda termen ”wood wide web” för att beskriva de kommunikationstjänster som svampar tillhandahåller växter och andra organismer.

” dessa svampnätverk gör kommunikationen mellan växter, inklusive de av olika arter, snabbare och effektivare”, säger Morris. ”Vi tänker inte på det eftersom vi vanligtvis bara kan se vad som är över marken. Men de flesta växter du kan se är anslutna under marken, inte direkt genom sina rötter utan via deras myceliala anslutningar.”

svampinternet exemplifierar en av de stora lektionerna i ekologi: till synes separata organismer är ofta anslutna och kan bero på varandra. ”Ekologer har länge vetat att organismer är mer sammankopplade och beroende av varandra”, säger Boddy. Wood wide web verkar vara en viktig del av hur dessa anslutningar bildas.