Ecòlegs del sòl com a detectius descobrint qui menja qui o què al sòl
Open PDF in new window.
Amandine Erktan 1, Melanie M. Pollierer 1 i Stefan Scheu 1,2*
1 J.F. Blumenbach Institute of Zoology and Anthropology, University of Göttingen, Göttingen, Germany2 Centre of Biodiversity and Sustainable Land Use, University of Göttingen, Göttingen, Germany
T’has adonat mai que les fulles mortes mai s’acumulen als boscos? Aquest servei l’hem d’agraïr a un equip de netejadors minúsculs que viuen al sòl. Els organismes morts són la seva font d’aliment, i els reciclen simplement menjant-los. Saber qui menja què o qui al sòl és fonamental per entendre aquest mecanisme de reciclatge. Però és difícil saber-ho, perquè molts animals del sòl són petits, s’amaguen al sòl i no poden dir-nos què han menjat! Per superar aquestes dificultats, els ecòlegs del sòl han desenvolupat un mètode especial. Fan un seguiment de marcadors específics de bacteris, fongs i plantes al greix dels animals per identificar què han menjat. Alguns animals consumeixen una gran varietat de fonts d’aliment, altres són més específics. Sorprenentment, molts organismes han desenvolupat estratègies increïbles per alimentar-se al sòl, perquè trobar aliment en un laberint tan fosc no és tan fàcil!
PER QUÈ ÉS IMPORTANT ENTENDRE QUI MENJA QUI O QUÈ AL SÒL?
T’has adonat mai que mai veiem muntanyes enormes de fulles mortes acumulant-se al bosc? També és molt poc comú trobar un animal mort estirat a terra. Això hauria d’animar-nos a fer-nos la pregunta: qui neteja el terra del bosc? A les ciutats, els treballadors municipals retiren totes les fulles mortes. Al bosc, la feina la fa un equip de petits organismes que viuen al sòl que fan reciclatge. Per a aquests petits animals del sòl, els organismes morts són una font d’aliment i els reciclen menjant-los. Quan els animals del sòl defequen (que vol dir fer caca), alliberen nutrients que poden ser utilitzats per les plantes per créixer. O bé, els animals del sòl més petits són menjats per animals més grans, i això permet que els animals més grans creixin. Aquest procés permet el reciclatge de nutrients i és essencial per ajudar les plantes a créixer. També és molt important per als humans, ja que les plantes ens proporcionen una gran quantitat de béns, com ara aliments com verdures, cereals i fruites, i també fusta per construir mobles i cases. Entendre qui consumeix què al sòl és fonamental per comprendre aquest preciós mecanisme de reciclatge.
QUIN TIPUS D’ALIMENT HI HA AL SÒL… I QUÈ ÉS UNA XARXA TRÒFICA DEL SÒL?
Quin tipus d’aliment hi ha al sòl? Si excaves al sòl del bosc, no trobaràs un plat d’espagueti a la bolonyesa! No parlem, és clar, d’aquest tipus d’aliment! Al sòl, les fonts bàsiques d’aliment són els teixits morts de les plantes i altres organismes (fulles mortes o organismes morts de qualsevol mida), i les arrels de les plantes (Figura 1A). Aquestes fonts bàsiques d’aliment són consumides principalment per bacteris i fongs, que es consideren consumidors****primaris. Els fongs i els bacteris, al seu torn, són la font principal d’aliment per a organismes més grans, com protists, nematodes, col·lèmbols i àcars (d’uns 0,1–2 mm; Figura 1). Aquests organismes són menjats per depredadors més grans (d’uns pocs mil·límetres de mida), com centpeus i aranyes (Figura 1B). Els cucs de terra també mengen principalment bacteris i fongs, però d’una manera especial, els mengen juntament amb el sòl (Figura 1B). Això és una mica com si mengessis el menjar del teu plat juntament amb el plat!
Tot i que alguns animals del sòl, com els col·lèmbols o els nematodes mengen principalment criatures petites com bacteris i fongs, també poden menjar teixit vegetal, en particular les arrels o el líquid nutritiu que les arrels alliberen. En conjunt, hi ha moltes fonts d’aliment al sòl, que van des de teixits vegetals fins a animals, i d’organismes morts a vius, i la majoria dels organismes del sòl consumeixen diverses d’aquestes fonts d’aliment. Tots els vincles de qui menja què o qui es coneixen com a xarxa tròfica del sòl (Figura 1A).
COM ESTUDIEM LES XARXES TRÒFIQUES DEL SÒL?
Malgrat tota la recerca realitzada en les últimes dècades, els investigadors encara saben poc sobre qui consumeix què o qui al sòl. Aquesta manca de coneixement es deu a què els animals del sòl són petits, amagats al sòl i no poden dir-nos què han menjat! Per saber qui consumeix què al sòl, els investigadors han de fer de detectius. Han desenvolupat un mètode curiós: estudien el greix dels animals del sòl (Figura 2). Quan menges alguna cosa, l’aliment serveix com a font d’energia, perquè puguis créixer i estar actiu. Però no pots utilitzar tota l’energia de cop, així que el teu cos ha de guardar-la per a més endavant. Com es guarda l’energia? Quan mengem més del que necessitem en aquell moment, el cos construeix greix com a teixit d’emmagatzematge d’energia. Aquest greix després es “cremarà” per obtenir energia quan el necessitem. Tant els humans com els animals ho tenen més fàcil per emmagatzemar el greix que ja està en l’aliment, en lloc de fer-ne de nou. Ara bé, el truc és que no tot el greix és igual! Els bacteris, els fongs i les plantes tenen diferents tipus de greix, i els investigadors poden rastrejar aquests anomenats marcadorsd’àcidsgrassos en els animals que han consumit aquestes fonts d’aliment [1]. Així, al final, podem identificar si el greix emmagatzemat en un animal prové de bacteris, fongs o plantes, i així saber què han menjat.
GENERALISTES ALIMENTARIS VS. ESPECIALISTES ALIMENTARIS
Mitjançant l’estudi del greix dels animals del sòl, els investigadors han descobert que molts col·lèmbols prefereixen alimentar-se de fongs, però també poden menjar bacteris o plantes. Com que poden menjar diferents fonts d’aliment, se’ls considera generalistes****alimentaris [2]. Això vol dir que no són difícils de satisfer si els convides a sopar! Alguns altres organismes són especialistes****alimentaris i tendeixen a menjar només una cosa. Per exemple, alguns nematodes prefereixen menjar bacteris, mentre que altres prefereixen fongs. Fins i tot hi ha nematodes depredadors que mengen altres nematodes! Cada classe de nematode té una forma de boca diferent, específica per menjar un tipus determinat d’aliment.
PER QUÈ ÉS TAN ESPECIAL ALIMENTAR-SE AL SÒL?
El sòl és fosc. Has intentat mai menjar-te el sopar a les fosques? No és tan fàcil trobar on està el menjar. Els animals del sòl tenen el mateix problema. Els ulls no funcionen al sòl, així que molts animals del sòl ni tan sols els tenen. En canvi, la majoria dels animals del sòl tenen “nassos” molt fins. Per exemple, els nematodes, els col·lèmbols i els cucs de terra són molt eficients a l’hora de detectar el seu aliment. Poden detectar la ubicació del menjar i moure-s’hi. Els nematodes poden “olorar” els bacteris fins a 50 cm de distància i arribar-hi en 2 setmanes [3]. Aquesta és una distància considerable per a un nematode, ja que aquests petits cucs solen ser només uns pocs centenars de micres de llargada (1 micra = 0,001 mm; per comparar, l’amplada d’un cabell humà és de 100 micres). Això seria com si els humans poguessin olorar el menjar des d’uns 70 km de distància!
El sòl no només és fosc, sinó que també és un laberint, a través del qual els organismes del sòl no poden moure’s lliurement. El sòl és com una esponja amb forats més grans i més petits. Els organismes més petits, com els bacteris, mesuren normalment 1–2 micres i poden “amagar-se” en forats petits. Per exemple, sabem que els protists (Figura 1) no poden arribar a caçar preses bacterianes si els bacteris estan situats en forats més petits que 2–3 micres [4] (Figura 3A). El mateix passa amb els nematodes, que no poden menjar els bacteris situats en forats amb obertures més petites que 30 micres [4] (Figura 3A). Com més petits siguin els forats al sòl, més bacteris poden amagar-s’hi i evitar ser capturats i menjats pels depredadors. Però els depredadors han desenvolupat estratègies per alimentar-se malgrat aquests problemes. Per exemple, les amebes són protists amb cossos tous que poden adoptar qualsevol forma (Figura 3B). Les amebes poden estendre un “braç” molt fi i llarg cap a petits forats del sòl per capturar bacteris amagats [5]. Els col·lèmbols tenen una estratègia diferent: senzillament, no són molt exigents amb les fonts d’aliment que consumeixen, són generalistes alimentaris. Poden menjar bacteris i fongs, però també fulles mortes i nematodes (Figura 3C). Depenent del que estigui disponible als petits forats del sòl pels quals es desplacen, mengen una font d’aliment o una altra. Aquesta flexibilitat els ajuda a tenir alguna cosa per menjar cada dia. Els cucs de terra no són tant afectats per les dificultats d’accedir al menjar al sòl. Aquests animals ingereixen directament sòl, cosa que els permet cercar i accedir fàcilment al menjar en el laberint del sòl (Figura 3D). A més, poden digerir bacteris i fongs, així com material vegetal mort que es ingereix amb el sòl. Quan els cucs de terra defequen, les restes no digerides formen normalment petits boles de sòl.
UNA NOVA MIRADA A L’ALIMENTACIÓ EN UN LABERINT FOSC
Alimentar-se al sòl és com trobar menjar en un laberint fosc. Per entendre qui menja qui en la foscor del sòl sota els nostres peus, els ecòlegs del sòl han de fer de veritables detectius i utilitzar tot tipus de tècniques complicades, ja sigui al bosc o al laboratori. Ara que ja saps com és alimentar-se al sòl, mai més miraràs els animals del sòl de la mateixa manera!
GLOSSARI
CONSUMIDOR PRIMARI
Organismes que consumeixen directament material vegetal mort.
XARXA TRÒFICA DEL SÒL
Tots els vincles que indiquen qui consumeix qui o què al sòl.
MARCADORS D’ÀCIDS GRASSOS
Molècules de greix que són específiques d’una font d’aliment, és a dir, bacteris o fongs.
MARKERI MASNIH KISELINA
Molekule masti koje su specifične za izvor hrane, primjerice bakterije ili gljivice.
GENERALISTA ALIMENTARI
Organismes del sòl que consumeixen molts tipus de fonts d’aliment.
ESPECIALISTA ALIMENTARI
Organismes del sòl que consumeixen específicament una o poques fonts d’aliment.
AGRAÏMENTS
Aquesta recerca ha estat finançada per la Comissió Europea – programa d’investigació i innovació Horizon 2020, accions Marie Skłodowska-Curie (beca núm. 750249). Estem agraïts a Audrey Marville per haver dibuixat els animals del sòl.
REFERÈNCIES
[1] Ruess, L., and Chamberlain, P. M. 2010. The fat that matters: soil food web analysis using fatty acids and their carbon stable isotope signature. Soil Biol. Biochem. 42:1898–910. doi: 10.1016/j.soilbio.2010.07.020
[2] Digel, C., Curtsdotter, A., Riede, J., Klarner, B., and Brose, U. 2014. Unravelling the complex structure of forest soil food webs: higher omnivory and more trophic levels. Oikos 123:1157–72. doi: 10.1111/oik.00865
[3] Rasmann, S., Köllner, T. G., Degenhardt, J., Hiltpold, I., Toepfer, S., Kuhlmann, U., et al. 2005. Recruitment of entomopathogenic nematodes by insect-damaged maize roots. Nature 434:732. doi: 10.1038/nature03451
[4] Rønn, R., Vestergård, M., and Ekelund, F. 2012. Interactions between bacteria, protozoa and nematodes in soil. Acta Protozool. 51:223–35. doi: 10.4467/16890027AP.12.018.076
[5] Foster, R. C., and Dormaar, J. F. 1991. Bacteria-grazing amoebae in situ in the rhizosphere. Biol. Fertil. Soils 11:83–7. doi: 10.1007/BF00336368
**EDITED BY: **Rémy Beugnon
**SCIENCE MENTORS: **Daniel Garza
**CITATION: **Erktan A, Pollierer MM and Scheu S (2020) Soil Ecologists as Detectives Discovering Who Eats Whom or What in the Soil. Front. Young Minds. 8:544803. doi: 10.3389/frym.2020.544803
**CONFLICT OF INTEREST: **The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.
**COPYRIGHT © **2020 Erktan, Pollierer and Scheu: This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
JOVES REVISORS
CECÍLIA, EDAT: 9
La Cecília és una jove molt intel·ligent que li encanta jugar a escacs i és molt curiosa sobre tot tipus de coses aleatòries. Només vol saber com funciona tot i li agrada després presumir de tots els fets que ha recopilat el seu cervell.
NYNKE, EDAT: 12
Hola, em dic Nynke.
AUTORS
AMANDINE ERKTAN
Sóc investigadora postdoctoral a la Universitat de Göttingen, a Alemanya. M’interessa entendre com els organismes vius modelen l’estructura del sòl, i viceversa. Primer vaig treballar amb les arrels de les plantes i vaig estudiar com estructuren el sòl. Ràpidament vaig adonar-me que les arrels no són els únics enginyers del sòl. Hi ha innombrables microbis i animals al sòl, i els seus papers són crucials per determinar-ne l’estructura. Ara estic adquirint noves habilitats estudiant els animals del sòl i espero aportar llum sobre com interactuen les arrels de les plantes, els microbis i els animals del sòl dins de la matriu del sòl.. * aerktan@gwdg.de
MELANIE M. POLLIERER
Sóc investigadora postdoctoral a la Universitat de Göttingen, Alemanya. El meu principal interès són les xarxes tròfiques dels animals del sòl. Com que és difícil observar què mengen realment els animals del sòl, utilitzo mètodes indirectes per esbrinar-ne més. A la meva tesi doctoral, vaig analitzar els àcids grassos en animals del sòl i vaig seguir el destí del carboni marcat des de les plantes fins als animals. Ara utilitzo un altre mètode nou: analitzo formes estables de carboni i nitrogen en aminoàcids, cosa que permet obtenir una visió encara més detallada de la dieta dels consumidors.
STEFAN SCHEU
Durant els meus estudis de biologia a Tübingen i Göttingen entre 1979 i 1986, em va fascinar l’enorme diversitat i el paper important dels invertebrats del sòl. Des de llavors, he investigat l’estructura i el funcionament de les comunitats d’animals del sòl, primer durant el meu doctorat a la Universitat de Göttingen i més tard com a investigador postdoctoral a Calgary i Göttingen. L’any 1997, vaig fundar el meu propi grup de recerca com a professor de Zoologia i Ecologia a la Universitat Tecnològica de Darmstadt, i el 2008 vaig tornar a la Universitat de Göttingen com a titular de la càtedra d’Ecologia Animal. Aquí investiguem l’estructura, la funció i l’evolució de les espècies i comunitats d’animals del sòl.
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).
CITATION (TRANSLATION)
This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
**Suggested citation: **Erktan A, Pollierer MM and Scheu S (2025) Soil Ecologists as Detectives Discovering Who Eats Whom or What in the Soil (Catalan translation: Varga S). Translating Soil Biodiversity & Front. Young Minds. Originally published in 2020. doi: 10.3389/frym.2020.544803
Figures
Figura 1: Organismes en una xarxa tròfica típica del sòl. (A) Una xarxa tròfica conté fonts bàsiques d’aliment, com ara arrels de plantes i organismes morts, així com consumidors primaris i secundaris i una selecció de depredadors. Les fletxes indiquen qui consumeix què o qui. Cal destacar que els consumidors primaris són una font d’aliment per als consumidors secundaris, els quals al seu torn són una font d’aliment per als depredadors. (B) Aquí es poden veure exemples de consumidors primaris i secundaris del sòl, així com depredadors.
Figura 2: Determinant què mengen els organismes del sòl observant els marcadors d’àcids grassos. (A) Els animals del sòl tenen diferents tipus de greixos al cos depenent de les fonts d’aliment que consumeixen, com bacteris, fongs o fulles mortes. (B) Els greixos es poden extreure d’aquests animals en forma d’àcids grassos. (C) Aquests àcids grassos es poden analitzar utilitzant un aparell anomenat cromatògraf de gasos. Les dades obtingudes del cromatògraf permeten als investigadors identificar quins aliments van consumir els organismes del sòl.
Figura 3: Els animals han desenvolupat maneres de fer front a la dificultat d’alimentar-se en el sòl fosc. (A) Els petits forats en el sòl proporcionen un lloc per a que els organismes microscòpics del sòl (nematodes, protists i bacteris) s’amaguin dels animals que els consumeixen. (B) Per arribar a la seva presa, una ameba (un tipus de protist) pot estendre un braç de 20 micres de llarg i 1 micra de gruix per capturar bacteris amagats en petits forats del sòl. (C) Els col·lèmbols són flexibles en les fonts d’aliment que consumeixen, la qual cosa els permet tenir alguna cosa per menjar cada dia. (D) Els cucs de terra ingereixen sòl juntament amb el seu aliment i digereixen els bacteris i fongs continguts en el sòl ingerit. Això també crea un camí a través del laberint del sòl, facilitant-los el desplaçament a través d’ell. Recorda: 1 micra és 1.000 vegades més petit que 1 mm.