Mikoryza i sekret funkcjonowania lasów

Wokół tajemnicy życia na Ziemi

Życie na Ziemi od samego początku rozwijało się nie w izolacji, lecz w ścisłej współzależności organizmów. Interakcje symbiotyczne przenikają wszystkie poziomy organizacji ekosystemów. Wśród tych powiązań szczególne miejsce zajmuje mikoryza – związek grzybów z korzeniami roślin. Ta powszechna, a jednocześnie niemal niewidoczna relacja stanowi jeden z fundamentów funkcjonowania biosfery, wpływając na obieg pierwiastków, żyzność gleb i kondycję roślinności (Martin, van der Heijden 2024). Zrozumienie mikoryzy pozwala dostrzec, że ekosystem to nie zbiór odrębnych organizmów, lecz dynamiczna sieć współpracy, od której zależy życie w skali całej planety.

Mikoryza należy do najpowszechniejszych form współżycia w świecie roślin. Obejmuje ścisłą relację grzybów z korzeniami, a niekiedy nawet z nasionami roślin naczyniowych. Szacuje się, że dotyczy około 90% gatunków roślin wyższych, przez co stanowi stały element funkcjonowania ekosystemów lądowych. Najczęściej jest to układ obustronnie korzystny: roślina uzyskuje sprawniejszy dostęp do wody i składników mineralnych, natomiast grzyb czerpie energię z produktów fotosyntezy. Niekiedy jednak równowaga tej relacji ulega przesunięciu, ukazując złożoność symbiotycznych powiązań w przyrodzie (Brundrett 2009).

Korzyści po stronie roślin wykraczają daleko poza lepsze odżywianie mineralne. Rozległa sieć strzępek penetruje glebę skuteczniej niż same korzenie, ułatwiając pobieranie fosforu, azotu oraz mikroelementów, takich jak cynk czy miedź. Grzyby wytwarzają także związki regulujące wzrost, m.in. auksyny, gibereliny i cytokininy, które wpływają na rozwój systemu korzeniowego. Ich obecność w podłożu ogranicza ponadto rozwój patogenów dzięki substancjom o działaniu antybiotycznym. Rośliny pozostające w takiej współzależności lepiej znoszą również stres środowiskowy, w tym skrajne temperatury, niekorzystny odczyn gleby oraz obecność toksyn (Smith, Smith 2011).

Dzisiejsze rośliny lądowe są w dużej mierze uzależnione od współpracy z grzybami, ale ta zależność ma znacznie głębsze, ewolucyjne korzenie. Wiele wskazuje na to, że bez takiego partnerstwa rośliny w ogóle nie zdołałyby opuścić środowiska wodnego. Najstarsze ślady relacji przypominających mikoryzę pochodzą już z ordowiku, czyli z czasu, gdy prymitywne organizmy roślinne dopiero zaczynały pojawiać się na lądzie (Selosse, Le Tacon 1998).

Grzyby mikorytyczne pomagają roślinom nie tylko w odżywianiu i ochronie przed patogenami. Tworzą także rozległe, podziemne sieci strzępek, które łączą korzenie wielu osobników – często należących do różnych gatunków. Tak powstają wspólne sieci mikoryzowe, określane obrazowo mianem „woodwide web”, czyli leśnego internetu. Badania zespołu Suzanne Simard wykazały, że za pośrednictwem tych połączeń możliwy jest transfer węgla, związków mineralnych, sygnałów chemicznych, a nawet cząsteczek o funkcji regulatorowej między drzewami. W doświadczeniach izotopowych śledzono przemieszczanie się znakowanego węgla od „drzew matecznych” do młodszych siewek rosnących w cieniu. Okazało się, że starsze, dobrze doświetlone osobniki mogą realnie wspierać młodsze, przekazując im część zasobów poprzez grzybnię (Simard et al. 1997).

Kolejne prace pokazały, że tą drogą mogą rozchodzić się również sygnały ostrzegawcze. Rośliny zaatakowane przez patogeny lub roślinożerców przekazują chemiczne „informacje” sąsiadom, co pozwala im odpowiednio wcześniej uruchomić mechanizmy obronne. Zjawisko to nie jest rzadkością – wspólne sieci mikoryzowe opisano w lasach strefy umiarkowanej, borealnej, a także w innych typach ekosystemów na całym świecie (Simard et al. 2012).

W efekcie las przestaje jawić się jako zbiór konkurujących ze sobą drzew. Coraz częściej postrzega się go jako zintegrowaną sieć współpracujących organizmów, połączonych grzybnią w system przypominający biologiczną infrastrukturę komunikacyjną.

Prof. Piotr Skubała

Literatura:
- Brundrett M.C. 2009. Mycorrhizal associations and other means of nutrition of vascular plants: understanding the global diversity of host plants by resolving conflicting information and developing reliable means of diagnosis. „Plant and Soil” 320: 37–77. doi.org/10.1007/s11104-008-9877-9.
- Martin F.M., van der Heijden M.G.A. 2024. The mycorrhizal symbiosis: research frontiers in genomics, ecology, and agricultural application. „New Phytologist” 242(4): 1486–1506. doi: 10.1111/nph.19541.
- Selosse M.-A., Le Tacon F. 1998. The land flora: a phototroph–fungus partnership? „Trends in Ecology & Evolution” 13(1): 15–20. doi.org/10.1016/S0169-5347(97)01230-5.
- Simard S., Perry D., Jones M. i in. 1997. Net transfer of carbon between ectomycorrhizal tree species in the field. „Nature” 388: 579–582. doi.org/10.1038/41557.
- Simard S.W., Beiler K.J., Bingham M.A., Deslippe J.R., Philip L.J., Teste F.P. 2012. Mycorrhizal networks: mechanisms, ecology and modelling. „Fungal Biology Reviews” 26(1): 39–60. doi.org/10.1016/j.fbr.2012.01.001.
- Smith S.E., Smith F.A. 2011. Roles of Arbuscular Mycorrhizas in Plant Nutrition and Growth: New Paradigms from Cellular to Ecosystem Scales. „Annual Review of Plant Biology” 62: 227–250. doi.org/10.1146/annurev-arplant-042110-103846.