Niche constraints drive differences between mycorrhizal fungal guilds in future range shifts

Onder onze voeten, in de donkere grond van bossen, velden en tuinen, leeft een enorm en onzichtbaar netwerk van schimmels. Dit zijn niet de paddenstoelen die we zien verschijnen na een regenbui, maar draadvormige organismen die intieme partnerschappen vormen met plantenwortels. Wetenschappers noemen hen mycorrhiza-schimmels. Ze fungeren als een verlenging van het wortelstelsel van de plant, waarbij ze zich uitstrekken om water en voedingsstoffen te verzamelen die de plant niet zelf kan bereiken. In ruil daarvoor voedt de plant de schimmels met suikers die door zonlicht zijn geproduceerd. Deze uitwisseling is zo fundamenteel dat deze plaatsvindt bij negentig procent van alle plantensoorten op aarde, waardoor deze schimmels essentiële ingenieurs van het wereldwijde ecosysteem zijn. Ze helpen bij het reguleren van hoeveel koolstof de planeet opslaat en hoe voedingsstoffen door de bodem cycleren. Toch weten we, ondanks hun belang, nog maar heel weinig over waar deze schimmels leven, hoeveel terrein ze beslaan of hoe ze zullen reageren naarmate de wereld opwarmt.

Een nieuwe studie is begonnen om deze enorme kloof in onze kennis te vullen door de thuisbases van honderden van deze schimmelpartners in kaart te brengen. Onderzoekers verzamelden een overweldigende hoeveelheid gegevens—meer dan 115.000 monsters van schimmel-DNA verzameld uit bodems en wortels over de hele wereld. Met behulp van deze gegevens creëerden ze een gedetailleerde atlas van waar 651 veelvoorkomende soorten van deze schimmels momenteel voorkomen. Vervolgens gebruikten ze computermodellen om te voorspellen hoe deze leefgebieden zullen veranderen naarmate het klimaat in de loop van de komende eeuw verschuift. Het werk onthult dat niet alle schimmels op dezelfde manier zijn gebouwd. Sommige zijn generalisten, die zich comfortabel voelen in een grote verscheidenheid aan omstandigheden, terwijl anderen specialisten zijn, die alleen gedijen in zeer specifieke omgevingen. Dit verschil in flexibiliteit zal bepalen welke schimmels de komende veranderingen overleven en welke moeite zullen hebben om een plek te vinden om te leven.

De onderzoekers richtten zich op twee hoofdgroepen van deze schimmels. De eerste groep, bekend als arbusculaire mycorrhiza-schimmels, is een oeroude afstamming die partnerschap aangaat met een breed scala aan planten, van grassen tot tropische bomen. De tweede groep, de ectomycorrhiza-schimmels genoemd, is diverser en heeft de neiging zich te associëren met bomen zoals dennen, eiken en berken. Door de ecologische omstandigheden te analyseren waarin elk type werd gevonden, ontdekte het team dat deze twee groepen zeer verschillende werelden bewonen. De arbusculaire schimmels zijn de dwalers van de bodem; ze worden gevonden in een veel breder bereik van temperaturen, neerslagpatronen en bodemtypes. Ze kunnen leven in hete, natte tropische bossen evenals in drogere, koelere regio's. In contrast hiermee zijn de ectomycorrhiza-schimmels kieskeuriger. Ze hebben de neiging zich te concentreren in koudere, drogere biomen, zoals de boreale bossen in het noorden en koude gematigde zones. Hun thuis is beperkter en ze zijn minder goed in staat om een breed spectrum aan ecologische omstandigheden te tolereren.

Dit verschil in flexibiliteit strekt zich uit tot wat hun aanwezigheid op een specifieke locatie aandrijft. Voor de ectomycorrhiza-schimmels is het klimaat de dominante kracht. Temperatuur- en neerslagpatronen zijn de primaire sleutels die ontsluiten waar zij kunnen groeien. Hun bestaan is nauw verbonden met het weer. De arbusculaire schimmels worden echter beïnvloed door een complexere mix van factoren. Hoewel het klimaat ook voor hen van belang is, wordt hun verspreiding ook sterk gevormd door de lokale bodem, het type planten dat erboven groeit, en zelfs menselijke activiteiten zoals branden of landgebruik. Ze zijn minder afhankelijk van het brede klimaat en meer reactief op de directe details van hun lokale buurt. Dit suggereert dat de arbusculaire schimmels een bredere "niche" hebben, een term die wetenschappers gebruiken om het volledige bereik van omstandigheden te beschrijven die een soort kan tolereren. De arbusculaire schimmels kunnen met een veel grotere variëteit aan situaties omgaan dan hun ectomycorrhiza-tegenhangers.

De studie keek vervolgens vooruit, gebruikmakend van toekomstige klimaatscenario's om te zien hoe deze gebieden mogelijk zullen verschuiven. De modellen voorspellen een sombere trend: de geschikte leefruimte voor bijna al deze schimmels zal krimpen. Onder een scenario met hoge emissies, waarbij de concentraties broeikasgassen ongestoord blijven stijgen, wordt voorspeld dat het totale oppervlak waar deze schimmels kunnen overleven met bijna veertien procent zal afnemen. Dat komt neer op een verlies van ongeveer 2,2 miljoen vierkante kilometer aan habitat. Dit verlies wordt niet gelijk verdeeld tussen de twee groepen. De ectomycorrhiza-schimmels, met hun smallere en meer klimaatafhankelijke niches, zullen naar verwachting de meeste schade oplopen. Hun geschikte leefgebieden zullen naar verwachting gemiddeld met ongeveer zesentwintig procent krimpen. De arbusculaire schimmels, met hun bredere tolerantie, zullen ook terrein verliezen, maar hun leefgebieden zullen naar verwachting met een kleinere marge krimpen, rond de zeven procent.

De onderzoekers ontdekten dat de schimmels met de kleinste, meest specifieke niches degenen zijn die het meest kwetsbaar zijn voor deze veranderingen. Voor de ectomycorrhiza-groep is er een duidelijke link: hoe beperkter de ecologische voorkeuren van een schimmel zijn, hoe groter de kans dat zijn leefgebied verdwijnt door klimaatverandering. Deze relatie was minder duidelijk voor de arbusculaire schimmels, wier bredere aanpassingsvermogen hen in deze simulaties lijkt te beschermen tegen de ergste effecten. De studie benadrukte ook dat er zelfs binnen dezelfde groep schimmels een enorme variatie bestaat. Sommige soorten van hetzelfde geslacht kunnen bijna al hun habitat verliezen, terwijl andere binnen dezelfde familie terrein kunnen winnen of stabiel kunnen blijven. Dit betekent dat de toekomst van de schimmelbiodiversiteit geen uniforme achteruitgang zal zijn, maar een complexe herschikking waarbij sommige specialisten verdwijnen en generalisten standhouden.

Deze bevindingen bieden een cruciale nulmeting voor het begrijpen van de toekomst van het ondergrondse leven op onze planeet. Omdat deze schimmels zo diep verbonden zijn met de gezondheid van bossen en de kringloop van koolstof, kan hun achteruitgang een rimpeleffect hebben dat veel verder reikt dan de bodem. Als de schimmels die bomen helpen bij het absorberen van voedingsstoffen verdwijnen, kunnen de bomen zelf moeite hebben om te overleven, wat potentieel de manier waarop bossen koolstof opslaan en reageren op droogte, kan veranderen. De studie beweert niet het mysterie van de verdeling van schimmels te hebben opgelost, noch houdt het rekening met elke factor, zoals hoe snel schimmels naar nieuwe gebieden kunnen bewegen of hoe ze zich evolutionair kunnen aanpassen. Echter, door de huidige thuisbases van deze organismen in kaart te brengen en hun toekomst te modelleren, hebben de onderzoekers een duidelijke waarschuwing gegeven. De wereld verandert sneller dan sommige van haar belangrijkste ondergrondse partners kan bijhouden, en de gevolgen van het verlies van deze gespecialiseerde schimmels zouden de ecosystemen waarop wij vertrouwen, kunnen hervormen.