Door fluorescerende nanodeeltjes te volgen in de schimmelnetwerken die met plantenwortels in verbinding staan, hebben onderzoekers ontdekt dat schimmels voedingstoffen kunnen vervoeren naar delen van het netwerk waar planten bereid zijn meer te betalen. Zo gaan de schimmels om met extreme ongelijkheid in het aanbod van voedingstoffen. Dit onthullen onderzoekers van de Vrije Universiteit in een publicatie in het tijdschrift Current Biology.
Bijna alle planten om ons heen staan in verbinding met een complex netwerk van schimmels. De schimmels en planten ‘handelen’ in voedingstoffen: de planten geven koolstof, de schimmels voedingstoffen en voedingsstoffen uit de bodem. Als er in het complexe netwerk van schimmels sprake is van een grote ongelijkheid in het voedselaanbod, dan vergroten de schimmels hun handel met hun gastheerplanten. Ze doen dit op een manier waardoor hun rendement toeneemt: ze verplaatsen de nutriënten over hun netwerken naar een plek waar ze beter betaald worden door de plantenwortels. Onderzoek geleid door Toby Kiers, hoogleraar evolutiebiologie aan de Vrije Universiteit Amsterdam, geeft meer inzicht in hoe economische systemen evolueren.
Fluorescerende nanodeeltjes
Het onderzoeksteam ontwikkelde een nieuwe techniek, waarbij voedingsstoffen gelabeld worden met fluorescerende nanodeeltjes in verschillende kleuren. Zo kon het team nagaan hoe schimmels onderhandelen met planten onder verschillende ‘marktomstandigheden’.
Schimmels en de economie van ongelijkheid
Omdat het voedselaanbod in de wereld ongelijk verdeeld is, moeten organismen in de natuur manieren ontwikkelen om met deze meedogenloze variatie om te gaan. Maar, in tegenstelling tot de overeenkomsten die mensen met elkaar sluiten, zijn de handelsstrategieën van planten en schimmels gedurende honderden miljoenen jaren van evolutie gevormd en geoptimaliseerd.
Hoe het werkt: plantenwortels handelen met mycorrhiza-schimmels: de planten leveren essentiële suikers en vetten aan de schimmelnetwerken en in ruil hiervoor leveren de schimmels voedingsstoffen als fosfor. Net als slimme handelaars op Wall Street gebruiken beide partijen sluwe strategieën om winsten te maximaliseren. Maar wat hun flexibele handelstactiek precies drijft, blijft een mysterie.
Een licht schijnen op de handel
Tot nu toe was het bestuderen van de uitwisseling van voedselbronnen in deze ondergrondse markten behoorlijk lastig omdat we de beweging van voedingsstoffen in het schimmelnetwerk niet nauwkeurig konden volgen. Het onderzoeksteam ontwikkelde daarom een techniek om fosfor te taggen met fluorescerende nanodeeltjes, de zogenaamde quantum-dots. Vervolgens hebben de onderzoekers het schimmelnetwerk blootgesteld aan verschillende concentraties van de gekleurde voedingsstoffen, waarbij ze situaties van overvloed en schaarste nabootsten in een kunstmatig landschap.
Met behulp van hoge-resolutiecamera’s hebben de onderzoekers de snelheden van deeltjes gemeten die over het schimmelnetwerk werden getransporteerd, waarbij ze complexe stroompatronen van en naar de wortel observeerden. Ook hebben ze beeldtechnieken ontwikkeld om de overdracht van deze fluorescerende nanodeeltjes naar gastheerwortels te kwantificeren, en gebruikten ze laserstralen om te bepalen wanneer en waar de schimmel de voedingsstoffen in het netwerk opslaat.
Geavanceerde strategieën voor de handel in schimmels
Toby Kiers is verrast door de verfijnde tactieken die deze schimmels laten zien: het hamsteren van hulpbronnen onder stabiele omstandigheden, de versnelde handel in gebieden waar schaarste heerst en actieve overdracht van rijke naar arme gebieden om het handelsrendement te verbeteren. “De manier waarop deze complexe schimmelnetwerken omgaan met ongelijkheid in voedselaanbod is opmerkelijk elegant”, vindt Kiers.
Dit gedrag stelt de schimmel in staat om de voordelen van handel te realiseren, of het nu gaat om een moeilijke handelsomgeving of om een relatief stabiele verdeling van middelen. Aangezien fungusnetwerken meters lang kunnen zijn, blijft het echter een mysterie hoe zij deze handelsstrategieën precies kunnen coördineren.
Niet veel ruimte voor medelijden
Verwijzend naar een recent populair boek ‘The Secret Life of Trees’, merkt Kiers op dat ondergrondse partnerschappen niet zo harmonieus zijn als sommigen denken. “Er is bijvoorbeeld onenigheid over de vraag of bomen de netwerken gebruiken om grondstoffen naar stervende bomen te sturen. Economie in de natuur laat niet veel ruimte voor medelijden.”
Toekomstige handel
Het team van Kiers is nu klaar voor de volgende stap: onderzoeken hoe schimmels omgaan met een economische crash in de natuur. Dit kan nagebootst worden door het schimmelnetwerk door te snijden, met een abrupt verlies van nutriënten als gevolg. Kiers hoopt dat de resultaten lessen zullen bevatten voor economische veerkracht op de lange termijn. Het schimmel-plantenhandelsgenootschap heeft immers al meer dan 450 miljoen jaar overleefd.
————————————————————————————————————————————
Current Biology, Whiteside et al.: ” Mycorrhizal Fungi Respond to Resource Inequality by Moving Phosphorus from Rich to Poor Patches across Networks”
URL: https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(19)30490-7
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2019.04.061