Els fongs del sòl: una xarxa de vida que protegeix els arbres i combat el canvi climàtic
Olivia Azevedo 1 i Frank Ashwood 2*
1 Biological and Environmental Sciences, University of Stirling, Stirling, Vereinigtes Königreich2 Forest Research, Northern Research Station, Roslin, Vereinigtes Königreich
Els fongs ectomicorrícics són un tipus de fongs que desenvolupen una relació mútuament beneficiosa amb les arrels de les plantes. Aquests fongs formen associacions antigues i extremadament exitoses amb els arbres de boscos de tot el món. Els arbres i els seus fongs associats han desenvolupat una societat comercial: els fongs ajuden les plantes a arribar a nutrients difícils d’obtenir i, a canvi, els fongs obtenen un accés constant i ininterromput a hidrats de carboni (com els sucres) de la planta. Aquesta interacció, en gran part invisible, afecta l’emmagatzematge i el cicle del carboni al sòl i beneficia la salut i la nutrició de les plantes. Els fongs ectomicorrízics també són importants per descompondre plantes i animals morts. Aquests fongs contribueixen a la biodiversitat del sòl i poden ajudar-nos a protegir els nostres boscos davant les pressions ambientals, com el canvi climàtic i l’ús excessiu de la terra.
ELS FONGS I EL SEU PAPER EN ELS ECOSISTEMES FORESTALS
Sovint escoltem que la varietat és la sal de la vida. Aquesta afirmació es pot aplicar fàcilment a les moltes interaccions que tenen lloc a la natura, com les que es produeixen als ecosistemes forestals. Per tenir vides llargues i saludables, gairebé totes les plantes en la natura depenen d’una xarxa complexa i variada d’organismes del sòl que s’alimenten els uns dels altres. Aquesta xarxa subterrània, en la seva major part invisible, està formada per bacteris, arqueus, fongs i molts altres organismes microscòpics.
En els sòls forestals, el paper dels fongs és una peça crucial de la xarxa ecològica més àmplia. Els fongs tenen molts papers ecològics, però dos d’aquests són especialment importants. En primer lloc, els fongs juguen un paper important com a descomponedors. Els fongs destaquen en descompondre la matèria vegetal morta (anomenada matèria orgànica) perquè són millors que altres organismes a descompondre completament els materials especialment resistents que es troben a les cèl·lules de les plantes llenyoses [1]. Equipats amb una àmplia gamma d’enzims, que són proteïnes especials que ajuden a produir i accelerar les reaccions químiques, els fongs poden degradar la matèria orgànica i alliberar nutrients difícils de trobar, fent que aquests nutrients estiguin disponibles per a les plantes i altres habitants del sòl. No obstant això, durant la descomposició, els fongs alliberen gas de CO2 com a producte residual, el que provoca el moviment de carboni del sòl cap a l’atmosfera. Els fongs són tan excel·lents descomponedors que la descomposició fúngica és una de les majors fonts globals d’emissions de carboni, alliberant 85 gigatones (una gigatona equival a mil milions de tones) de carboni a l’atmosfera cada any. Per comparar, el 2018, la combustió de combustibles fòssils va produir al voltant de 10 gigatones [2].
En aquest article, ens centrarem en un altre paper important també jugat pels fongs: la seva relació simbiòtica amb els arbres i altres plantes. Una relació simbiòtica en què ambdues espècies es beneficien es coneix com a mutualisme. Els fongs que formen relacions mutualistes amb les plantes són coneguts com a fongs micorrízics, de “myco,” que significa “relacionat amb els fongs” i “rhizal,” que significa “arrels.” Els fongs micorrízics formen relacions mutualistes antigues amb les arrels d’aproximadament el 80% de totes les espècies de plantes terrestres [1]. Fins i tot l’Antàrtida aparentment estèril té un registre fòssil de comunitats micorríziques. Els estudis mostren que aquesta col·laboració ha estat en curs durant 400 milions d’anys, des del moment en què les plantes van començar a colonitzar la terra [3]. Com tots els fongs, els micorrízics no poden fer el seu propi menjar, així que reben sucres de les seves plantes amfitriones i, a canvi, proporcionen a les plantes aigua i nutrients, com el nitrogen i el fòsfor, del sòl.
A diferència dels fongs descomponedors que tendeixen a habitar predominantment la part superior del sòl i alliberen molt de carboni de les seves activitats, els fongs micorrízics simbiòtics es submergeixen més profundament en el sòl. D’aquesta manera, la xarxa fúngica es converteix en un important dipòsit de carboni al sòl, la qual cosa significa que aquests fongs mantenen el carboni tancat fora de l’atmosfera, emmagatzemat com a matèria orgànica difícil de descompondre al sòl. S’ha estimat que les plantes amb associació micorrízica poden transferir fins a un 35% més de carboni al sòl que les plantes no micorríziques, i una quantitat considerable del carboni en els teixits micorrízics pot romandre al sòl durant molts anys [4]. Això és important perquè hem de mantenir el carboni emmagatzemat al sòl durant llargs períodes de temps perquè hi hagi menys carboni a l’atmosfera que és el responsable de l’augment de les temperatures globals.
Malgrat els papers crítics que els fongs juguen en els ecosistemes forestals, la diversitat fúngica sovint es passa per alt durant les decisions de gestió forestal. La intervenció humana, com la tala d’arbres o l’ús indiscriminat de fertilitzants, pot alterar la xarxa subterrània i alterar l’equilibri de tot l’ecosistema. Com qualsevol altra xarxa, si només falta o s’hi debilita un dels segments connectats, tota l’estructura pot patir.
L’ESFERA FÚNGICA
Hi ha dos tipus principals de fongs micorrízics. Un tipus, anomenat endomicorriza, viu dins de les cèl·lules de les plantes. Tot i que no ens centrarem en aquests en aquest article, són interessants perquè són experts increïbles en l’adaptació a molts entorns diferents. Els fongs endomicorrízics inclouen les micorrizes arbusculars, ericoides i d’orquídies. No obstant això, el focus principal del nostre article és la ectomicorriza (plural, ectomicorrizes), que viuen a l’exterior de les parets cel·lulars de les plantes. Tot i que diversos tipus de micorrizes poden coexistir en un ecosistema, les ectomicorrizes són dominants als boscos temperats i boreals, amb aproximadament 6.000 espècies de fongs establint associacions simbiòtiques amb molts arbres i plantes llenyoses.
Les ectomicorrizes tenen dos tipus d’estructures importants: cossos fructífers i hifes. Els cossos fructífers són estructures que contenen espores utilitzades per les ectomicorrizes per reproduir-se. Al voltant de 4.500 espècies d’ectomicorrizes tenen cossos fructífers per sobre del sòl (bolets), mentre que fins a un quart tenen cossos fructífers sota terra (per exemple, tòfones). Les ectomicorrizes també tenen hifes (del grec que significa “xarxa”), que són llargs filaments o estructures en forma de tub utilitzades pels fongs per absorbir i transportar nutrients. Les hifes formen una catifa de teixit fúngic al voltant de les arrels de les plantes, creant una capa que embolcalla les arrels com un embenat a un os trencat (Figura 1). Les hifes fúngiques també creixen cap a fora com venes, empenyent-se entre partícules de sòl, arrels i roques per capturar els nutrients que estan més enllà de l’abast normal de les arrels de les plantes. L’associació ectomicorrízica també produeix antibiòtics, hormones i vitamines útils per a la planta, i protegeix les arrels de la planta de condicions perjudicials al sòl com la manca de nutrients, organismes causants de malalties i substàncies tòxiques. A canvi, els fongs obtenen accés constant i directe als carbohidrats (com els sucres) produïts per les seves plantes amfitriones durant la fotosíntesi.
ECTOMICORRIZES I BOSCOS: EL MILLOR TREBALL EN EQUIP
Les ectomicorrizes prefereixen espècies vegetals llenyoses com els arbres i els arbustos com a socis. De tant en tant poden formar relacions exclusives, en què només una espècie de fong s’associa amb una espècie d’arbre específica. No obstant això, les ectomicorrizes habitualment s’associen amb una àmplia gamma d’espècies d’arbres. És comú trobar diversos fongs micorrízics diferents al sistema radicular d’un sol arbre, o una espècie de fong associada a diverses espècies d’arbres. Per exemple, l’avet roig pot formar associacions simbiòtiques amb més de 100 espècies diferents de fongs. El conegut fong tòxic anomenat reig vermell pot colonitzar les arrels de diversos tipus d’arbres, incloent el pi, el bedoll, l’avet i l’eucaliptus (Figura 2).
La gamma d’espècies vegetals colonitzades per les ectomicorrizes és relativament petita; només aproximadament el 2% de les plantes del món. No obstant això, les plantes amb les quals les ectomicorrizes s’associen cobreixen àmplies àrees de terra i tenen un alt valor econòmic, per exemple com a font de fusta. A les regions temperades del nord, els arbres de pi, àlber, avet, pícea, salze, bedoll i roure mostren tots associacions ectomicorríziques, mentre que els eucaliptus i els faigs es relacionen més comunament amb les ectomicorrizes a l’hemisferi sud.
Les ectomicorrizes donen als arbres i boscos la capacitat d’adaptar-se als canvis estacionals i paisatgístics, per exemple proporcionant nivells adequats d’aigua durant tot l’any i ajudant les plantes a establir-se en nous sòls. Els fongs també protegeixen les plantes de la degradació del sòl, la contaminació i les condicions climàtiques canviants. Els científics han observat una relació directa entre el declivi dels fongs ectomicorrízics i el declivi de la salut dels arbres. Com cada tipus de fong ectomicorrízics té el seu conjunt únic de característiques, cada espècie és necessària i irremeiable. Per exemple, certes espècies prefereixen condicions fresques o humides; d’altres funcionen millor durant estacions càlides o seques; algunes són experts a obtenir fòsfor i nitrogen del sòl; i d’altres són més efectives a obtenir aquests nutrients de la matèria orgànica en descomposició [5].
Els fongs ectomicorrízics són també un enllaç extremadament important entre les plantes i la xarxa alimentària del sòl, que és la complexa comunitat d’organismes que es troben al sòl. Aquests fongs proporcionen nutrients importants als organismes que viuen al voltant de les arrels de les plantes, com altres fongs petits, bacteris, protozous i invertebrats. Els fongs també produeixen cossos fructífers, que són aliments essencials per a la fauna salvatge als ecosistemes forestals. Per exemple, molts rosegadors, com l’esquirol volador del nord i Clethrionomys californicus (un mamífer rosegador endèmic dels Estats Units) depenen de les tòfones com a font principal d’aliment. Molts altres mamífers mengen fongs, incloent-hi ossos, cérvols i ratolins. Els humans es meravellen de les estructures complexes i sovint boniques dels bolets, gaudint de l’aprenentatge per identificar-los i estudiant la seva ecologia, així com gaudir-ne com a delicadeses culinàries. Els fongs salvatges també s’utilitzen per a medicaments, i la indústria farmacèutica estudia sovint les propietats antibacterianes dels fongs ectomicorrízics.
PROTEGINT ELS NOSTRES BOSCOS I FONGS
Malgrat la importància de la simbiosi micorrízica als boscos de tot el món, la conservació dels fongs ectomicorrízics i el seu seguiment per avaluar la salut del bosc gairebé mai es tenen en compte en les decisions de gestió forestal. Les funcions i serveis que els boscos proporcionen depenen de la biodiversitat del sòl. Els fongs són un component important d’aquesta biodiversitat, el que els fa socis essencials per afrontar els reptes globals que actualment afrontem. Els fongs podrien contribuir a l’eliminació a llarg termini de carboni de l’atmosfera, el que podria ajudar-nos a combatre els efectes del canvi climàtic. Mitjançant el cicle de nutrients essencials, els fongs també podrien ajudar a evitar la degradació dels sòls, de manera que la terra continuï produint aliments i sustentant la vida. Els científics i els gestors de terres han de continuar estudiant i protegint els fongs ectomicorrízics perquè aquests organismes tan importants puguin mantenir el seu paper crític en la xarxa de vida del nostre planeta.
GLOSSARI
Descomponedor
Són bacteris, fongs o invertebrats que descomponen plantes i animals morts, alliberant nutrients al sòl. Sense ells, els organismes morts i els residus es podrien acumular i les plantes no podrien obtenir els nutrients essencials.
Matèria orgànica
Qualsevol material produït originalment per organismes vius com plantes, animals i microorganismes que es retorna al sòl i pot ser descompost. La matèria orgànica és rica en carboni.
Simbiosi
Qualsevol tipus d’interacció biològica propera i a llarg termini entre dos organismes diferents.
Mutualisme
Una relació entre dues o més espècies en què cadascuna es beneficia.
Fongs micorrízics
Fongs que formen una relació mutualista amb les arrels de les plantes. Les plantes reben nutrients i protecció dels fongs, i els fongs reben sucres de les plantes.
Ectomicorriza
La relació entre un fong i les arrels de certes plantes (plural, ectomicorrizes).
Cos fructífer
Estructures creades pels fongs per reproduir-se. Un bolet és un tipus comú de cos fructífer.
**Hifes **
Estructures llargues i ramificades d’un fong que es dispersin pel sòl per absorbir i transportar nutrients (singular, hifa).
REFERÈNCIES
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
TRADUCTORA
SANDRA****VARGA
La Sandra és Professora Associada a la Universitat de Lincoln, el Regne Unit. A part d’impartir classes en biologia, fa recerca investigant les relacions entre les plantes i el sòl per entendre com el canvi climàtic està afectant aquestes interaccions, i investiga com els microbis del sòl poden contribuir a la producció de plantes d’una manera més sostenible.** **
FUNDING (TRANSLATION)
The team Translating Soil Biodiversity acknowledges support of the German Centre for integrative Biodiversity Research (iDiv) Halle-Jena-Leipzig funded by the German Research Foundation (DFG FZT 118, 202548816).
