نادرًا ما ارتدى إي توبي كيرس الأحذية عندما كان طفلاً. كانت تحب الشعور بالتربة بين أصابع قدميها. تقول:"شعرت دائمًا أن شيئًا ما كان هناك ، شيء سري ومخبأ".
الآن ، كشخص بالغ ، تكشف عن هذا العالم الخفي. إنها شبكة متشابكة من الفطريات وجذور النباتات. إنهم جميعًا يتاجرون بالموارد وحتى الرسائل. يمشي الناس عبر هذه الشبكة طوال الوقت دون أن يدركوا وجودها. ومع ذلك ، فإن فهم ألغازها يمكن أن يساعدنا في التعامل بشكل أفضل مع مناخ الأرض المتغير.
يقول Kiers:"إنها إلى حد كبير آخر حدود لفهم كيفية عمل كوكبنا". تدرس الشبكات الفطرية كعالمة أحياء تطورية في جامعة أمستردام الحرة. إنه في هولندا.
عندما تفكر في الفطريات ، قد يتبادر إلى الذهن الفطر. لكن الفطر الذي يظهر فوق الأرض مؤقت. يبقى الجسم الرئيسي لفطر الغابة النموذجي تحت الأرض. إنها شبكة واسعة ومتفرعة من هياكل رفيعة جدًا تشبه الخيوط تسمى mycelia (My-SEE-lee-uh). في ملعقة صغيرة واحدة فقط من التربة ، قد يكون هناك ما يكفي من هذه الخيوط لتمتد لمسافة 10 كيلومترات (6.2 ميل) ، كما كتب ميرلين شيلدريك في كتابه لعام 2020 ، Entangled Life .
كل الفطريات تحتاج الكربون لتنمو. قد تتغذى الفطريات التي تشكل الشبكات على الكربون في الأخشاب المتحللة أو المواد النباتية الميتة. أو قد يشكلون علاقات مع النباتات الحية. تنمو بعض الشبكات الفطرية حول أطراف الجذر ، مثل الجوارب الصغيرة. تُعرف باسم EM ، وهي اختصار لـ ectomycorrhizae (EK-toh-my-koh-RYE-zee). ينمو البعض الآخر في خلايا جذور النبات. تُعرف باسم AM ، ولديها اسم أطول حتى:arbuscular mycorrhizae (Ar-BUS-kew-lur MY-koh-RYE-zee).
تحصل النباتات على الكربون من عملية التمثيل الضوئي. لكن لكي تنمو ، فإنها تحتاج أيضًا إلى النيتروجين والفوسفور. يمكن أن تمتد الفطريات إلى أبعد من الجذور للعثور على هذه العناصر الغذائية. لذلك تتداول الفطريات والنباتات مع بعضها البعض بانتظام للحصول على ما يحتاجون إليه. تشترك جميع النباتات في العالم تقريبًا في الموارد من خلال شبكة من الفطريات. في الغالب ، تنتج النباتات الكربون وتتلقى النيتروجين والفوسفور. لكن الفطريات أيضًا توزع الكربون بين النباتات وتحمل الرسائل بينها. إنه يشبه الإنترنت أو نظام طريق سريع تقريبًا.
سوزان سيمارد عالمة بيئة غابات في كندا بجامعة كولومبيا البريطانية في فانكوفر. كانت أول من أظهر أن الأشجار يمكن أن تتبادل الكربون من خلال الشبكات الفطرية في بيئة طبيعية. أطلق تقرير إخباري عام 1997 عن هذا العمل اسم "شبكة الخشب الواسعة". (إنها مسرحية على "شبكة الويب العالمية" ، اسم مبكر للإنترنت). ومع ذلك ، فهذه ليست استعارة مثالية ، لأن النظام الفطري حي وله أجندته الخاصة. لكن عملها فتح أعين الناس على حقيقة أن الغابة هي نظام بيئي شديد الترابط.
كيف تنمو شبكات الميسليا وتستكشف؟ كيف يتواصلون مع النباتات؟ وهل يمكن لمهاراتهم في تداول الكربون أن تساعدنا في التعامل مع تغير المناخ؟ الباحثون بدأوا للتو في العثور على إجابات.
ذاكرة بلا دماغ
الفطر ليس نبات. كما أنه ليس حيوانًا. إنه ينتمي إلى مملكته التصنيفية الخاصة. على الرغم من بقاء الفطر في مكان واحد مثل النباتات ، يمكن أن تشعر الفطريات بعالمها وتستكشفه. يكتب شيلدريك ، "الفطريات هي تحقيق حي ومتزايد." تخيل لو كان بإمكانك تقسيم جسمك إلى قسمين ، كل جانب يمشي من خلال باب مختلف في نفس الوقت ، ثم في النهاية تنضم إلى نفسك. Mycelia تفعل هذا. ينموون في اتجاهات عديدة بحثًا عن الطعام. تموت المشاريع غير الناجحة بينما تتكاثف المشاريع الناجحة وتتفرع أكثر. ليس لدى Mycelia دماغ. ومع ذلك ، فإنهم يقاتلون مع الفطريات الأخرى والمخلوقات التي ترعى عليهم. حتى أنه يبدو أن لديهم شكلًا أساسيًا من الذاكرة ، وفقًا لبحث جديد أجراه يو فوكاساوا ولين بودي.
في جامعة كارديف بالمملكة المتحدة ، يدرس بودي الفطريات التي تكسر أشياء مثل الخشب والنباتات الميتة. في الثمانينيات ، أوضحت كيف تبحث شبكة فطرية عن الطعام ثم تعيد تشكيل نفسها بعد أن تجد شيئًا لذيذًا. في العام الماضي ، اختبر فوكاساوا وبودي ذكرى فطر نموذجي يحب أن يتغذى على الخشب. وضعوا كتلًا من الخشب تحتوي على هذه الفطريات على صواني من التربة. ثم سمحوا للفطر بالاستكشاف حتى عثر على كتلة قريبة من الخشب الخالي من الفطريات.
بعد ذلك ، رفع الباحثون الكتلة الأصلية وحلقوا بعناية كل جزء من الفطريات التي تنمو منها. قاموا بوضعه في صينية جديدة ، مع عدم وجود كتلة جديدة من الخشب لاكتشافها. عندما بدأت الفطريات في الكتلة في النمو مرة أخرى ، أرسلوا خيوطًا إضافية من الجانب الذي واجه الطعام في الماضي. يقول بودي:"لقد فعلنا ذلك في الكثير من الصواني المختلفة وبأحجام مختلفة من الكتل الخشبية". "دائمًا تقريبًا ، تحصل على قدر أكبر من النمو في الجانب الذي كان عليه المورد الغذائي الجديد."
يتذكر الفطر بطريقة ما الجزء الذي واجهه تجاه الطعام في الماضي. لذلك أرسل المزيد من النمو في هذا الاتجاه. يعتقد بودي أنه كلما زاد عدد الباحثين ، زادت أمثلة الذاكرة الفطرية التي سيجدونها.
اكتناز وتداول
الفطريات التي تتشابك مع النباتات الحية لا تتغذى عليها للحصول على الكربون الذي تحتاجه. يتاجر. درس فريق Kiers في أمستردام كيفية عمل ذلك في شبكات AM. هم الذين ينموون داخل خلايا جذر النبات. تنقل هذه الفطريات المغذيات بانتظام عبر التربة. ويبدو أنهم يفعلون ذلك بدهاء بائع المقايضة.
ليس من السهل مشاهدة التداول داخل تلك الخيوط المجهرية تحت الأرض. لذلك طور الباحثون طريقة لوضع علامة كيميائية على الفوسفور. أضافوا نقاطًا صغيرة تتوهج عندما تضربهم الأشعة فوق البنفسجية. يمكنهم جعل هذه النقاط تتوهج بألوان مختلفة. هذا يتيح لهم مشاهدة كيفية تحرك الفوسفور عبر الشبكة.
في دراسة واحدة عام 2019 ، قام فريق Kiers بتنمية جذور الميسليا والجزر في أطباق صغيرة. كانت بعض المناطق في كل طبق غنية بالفوسفور المغذي. مناطق أخرى لديها القليل من هذا الأسمدة. نقل الفطر الفوسفور من المنطقة الغنية إلى المنطقة الفقيرة. يعتقد Kiers أن هذا يحدث لأن النباتات التي تنمو في منطقة فقيرة بالمغذيات لا يمكنها الحصول على الفوسفور بمفردها من خلال جذورها. لذا ، مقارنة بالنباتات التي تنمو في منطقة غنية بالمغذيات ، فإن تلك الموجودة في موقع فقير بالمغذيات سوف تستبدل المزيد من الكربون بالفطريات الفطرية مقابل الفوسفور.
في عام 2020 ، أظهر Kiers أن الفطريات الفطرية ستخزن أيضًا العناصر الغذائية عندما تكون وفيرة. هذا يجعل هذه العناصر الغذائية غير متاحة مؤقتًا لجذور النباتات. بعد ذلك ، "يتعين على النباتات دفع المزيد من الكربون لـ (mycelia) للحصول عليها" ، كما يقول Kiers.
رسائل غير مرئية
الميكيليا لا تتاجر بالنباتات فقط. هم أيضا يحملون رسائلهم. قد تبدو النباتات وكأنها تجلس هناك ولا تفعل شيئًا. في الواقع ، يتحادثون باستمرار فيما بينهم باستخدام المواد الكيميائية. تقول كاثرين موريس:"أي شيء يجعل النباتات ذات رائحة طيبة أو لها نكهة ، هذه الأشياء التي تصنعها النباتات". وتقول إنهم على الأرجح يجعلون الأمر يقتل أشياء أخرى ، مثل الحشرات أو الميكروبات المسببة للأمراض. أو يمكنهم جعلها كإشارة. موريس عالم أحياء في جامعة Xavier في سينسيناتي بولاية أوهايو.
يمكن للنباتات بث رسائل الرائحة عبر الهواء. لكنهم يرسلون أيضًا البعض عبر التربة. ضع في اعتبارك عندما يهاجم المن نبات الفول. ينفجر النبات المحاصر المواد الكيميائية التي تجذب الدبابير لأكل حشرات المن. أظهرت دراسة أجريت عام 2013 أن نبتة الفول التي لا تتعرض للهجوم - ولكنها تدخل في نفس الشبكة الفطرية التي توجد بها - سترسل أيضًا هذه التحذيرات. يحدث هذا حتى عندما يفصل الباحثون النباتات بحواجز بلاستيكية حتى لا يتمكنوا من اكتشاف الإشارات التي تطفو في الهواء. هذا يشير إلى أن النباتات يجب أن ترسل رسائل تحت الأرض.
قد يبدو أن النبات في ورطة يساعد جاره. لكن ربما لا. قد يكون النبات الذي لم يتعرض للهجوم حتى الآن يتنصت لاكتشاف متى يحتاج إلى اتخاذ إجراء وحماية نفسه. أو ربما تحمل الشبكة الفطرية هذه الرسائل لأن هذا يساعد على بقاء جميع النباتات التي تعتمد عليها في الكربون.
أظهر بحث موريس مع شبكات AM أن الإشارات الكيميائية للنباتات تصل إلى مسافة أبعد بكثير عبر التربة إذا كانت الفطريات موجودة أكثر مما كانت عليه. ما تريد أن تعرفه الآن هو كيف يحدث هذا. كيف تقوم mycelia ببث الرسائل؟ يقول موريس:"نحن لا نعرف حقًا". يعمل فريقها على طريقة تكتشف مكان وجود المواد الكيميائية وكيفية انتقالها عبر الشبكات الفطرية.
كربون لذيذ
بالنسبة للفطر ، فإن الهدف الأساسي من التواصل مع النباتات هو الحصول على الكربون الذي تحتاجه للنمو. تحصل النباتات على الكربون من الغلاف الجوي. تمتص غاز ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي. ثم يقومون بتحويله إلى سكريات كربونية يستخدمونها في النمو. على طول الطريق ، ستتاجر تلك النباتات ببعض السكريات مع الفطريات.
ترتفع درجة حرارة الكرة الأرضية ، جزئيًا ، بسبب كل غازات الاحتباس الحراري التي تنفثها الأنشطة البشرية في الهواء بينما نقوم بتشغيل سياراتنا ومحطات توليد الكهرباء والإلكترونيات والآلات الأخرى. ثاني أكسيد الكربون هو أكثر غازات الدفيئة شيوعًا. كما تعلم بالفعل ، فإن غرس الأشجار وتعزيز صحة الغابات يمكن أن يساعد في امتصاص ثاني أكسيد الكربون الإضافي من الهواء.
ولكن لا تقوم جميع الغابات بعمل متساوٍ عندما يتعلق الأمر بمكافحة تغير المناخ. يمكن أن تحدث أنواع الأشجار وأنواع الفطريات التي تتواصل معها هذه الأشجار فرقًا كبيرًا في مقدار الكربون الذي تمتصه الغابة.
الشبكات الفطرية AM التي درسها Kiers و Morris هي إلى حد بعيد النوع الأكثر شيوعًا في العالم. يقول كبير باي "إنهم قديمون". وهو عالم أحياء في جامعة ستانفورد في كاليفورنيا. تطورت هذه الشبكات منذ حوالي 500 مليون سنة. تميل الفطريات الموجودة فيها إلى الاتصال بشجرة واحدة أو بضع أشجار أو نباتات أخرى في كل مرة.
شبكات EM - النوع الذي يشكل جوارب صغيرة حول جذور النباتات - هي أحدث. يمكن لبعض الفطريات EM أن تتحلل من الخشب الميت أو النباتات أو تتشابك مع النباتات الحية. تميل شبكات EM لأن تكون أكبر وأكثر ترابطا من أنواع AM. يقول بيي إن الأشجار تجدها أيضًا "أكثر تكلفة". وبهذا يعني أنهم يفرضون على الأشجار أسعارًا أعلى للمواد الغذائية. لتسديد هذه المدفوعات ، تميل الأشجار التي تتاجر مع فطريات EM mycelia إلى امتصاص المزيد من الكربون من الهواء ، كما يقول Peay.
بحث بحث معملي جديد في مقدار الكربون الذي تأخذه أشجار الزان الأوروبية عند الاتصال بشبكة EM. برونا إيماي طالبة دكتوراه في علم الأحياء الدقيقة بجامعة فيينا في النمسا. بعد مغامراتها في الغابة المجاورة لجمع شتلات الأشجار ، أقامت أزواجًا من أشجار الأطفال في معملها. لقد سمحت لشبكة EM بالنمو لتوصيل بعض الأزواج. لقد منعت الأزواج الأخرى من الارتباط.
لقياس كمية الكربون التي امتصتها الأشجار أثناء التجربة ، عرّضتها لشكل خاص من الكربون ليس شائعًا في الطبيعة. ووجدت أن النباتات التي تم توصيلها بشبكة فطرية تستهلك ما يقرب من ضعف كمية ثاني أكسيد الكربون التي تستهلكها النباتات غير المتصلة بأي شبكة. قد يشير هذا إلى أن هذه الشبكات الفطرية يمكن أن تلعب دورًا في إبطاء تغير المناخ.
خريطة العالم للفطريات
يمكن أن تكون الشبكات الفطرية حليفًا مهمًا في مكافحة تغير المناخ. يقول كيرس:"هذا هو الهدف". لكن أولاً ، يحتاج الباحثون إلى معرفة المزيد حول المشاركة المعقدة للموارد والرسائل بالأقدام. تعيش تريليونات الديدان الصغيرة والأميبا والميكروبات في التربة. تعيش هناك أيضًا مئات الآلاف من الأنواع الفطرية. تتفاعل كل هذه الأنواع مع النباتات وتحرك الكربون. وهم يفعلون ذلك "بطرق لا نفهمها تمامًا في الوقت الحالي" ، كما يقول بيي من جامعة ستانفورد.
الشرح:ما هو نموذج الكمبيوتر؟
يحتاج الباحثون أيضًا إلى رسم خرائط للشبكات الفطرية. في عام 2019 ، قرر بي وفريقه البدء في هذا الأمر. قامت مجموعة أخرى بالفعل بإجراء مسح شامل للأشجار. لقد أحصى 3 تريليونات شجرة. جاءت هذه البيانات من مئات الباحثين الذين ذهبوا إلى الغابات لتحديد الأشجار الفردية وتقدير مجموعها عبر الكوكب.
كتب فريق بيي برنامج كمبيوتر نظر في مزيج أنواع الأشجار التي تم إحصاؤها والمناخ في كل غابة. ثم حدد نوع الشبكة الفطرية التي من المرجح أن تزدهر هناك. كانت النتيجة هي أول خريطة للعالم توضح المكان الذي من المحتمل أن تهيمن فيه الشبكات الفطرية EM و AM. تميل شبكات AM إلى تفضيل المناطق الاستوائية الدافئة. تفضل شبكات EM الغابات الباردة.
مع ارتفاع درجة حرارة مناخ الأرض ، يمكن للغابات المليئة بفطريات AM أن تسيطر على المناطق المليئة حاليًا بفطريات EM. عندها ستحتجز تلك الغابات كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون مما هي عليه الآن. يقول Peay أن العديد من غابات EM هي بالفعل على حافة هذا النوع من التحول. بالإضافة إلى ذلك ، فإن معظم الأراضي المستخدمة للزراعة والرعي تنتهي بتربة فقيرة تفتقر إلى شبكات فطرية صحية. وينتهي الأمر بإطلاق الكربون بدلاً من محاصرته.
لم تؤكد دراسة باي بشكل مباشر وجود أنواع معينة من الشبكات الفطرية تحت التربة في جميع أنحاء العالم. في عام 2021 ، أطلق Kiers منظمة جديدة تسمى SPUN (جمعية حماية الشبكات تحت الأرض) لاتخاذ الخطوة التالية. تسميها "حركة مناخية تحت الأرض".
هدفها هو حماية الشبكات الفطرية واستخدامها للمساعدة في التئام النظم البيئية. كما تدير مجموعة شبابية تسمى SPUN Youth (@ spun.youth على Instagram و TikTok). في النهاية ، سيتمكن المراهقون من المشاركة. سيُطلب منهم المساعدة في تحديد الشبكات الفطرية في المناطق الطبيعية بالقرب من منازلهم.
يقول Kiers عندما تركز حماية الطبيعة فقط على النباتات والحيوانات الموجودة فوق سطح الأرض ، فإننا نفتقد نصف الصورة. تقول:"هناك أنظمة بيئية لم يتم حفظها لأننا لا نستطيع رؤيتها".
إنها تأمل أنه بينما يتعلم الناس المزيد عن العالم الحي تحت أقدامنا ، فإنهم سيهتمون أكثر بحماية الأنواع الفطرية التي تساعد الأشجار والنباتات وحتى البشر على الازدهار.
