Klimatet styr symbioserna i skogen
Klimatfaktorer styr vilken typ av symbios som är vanligast mellan trädrötter och svampar eller bakterier i en viss region. Det visar en ny kartläggning baserad på data från över 1 miljon provytor jorden runt. Den tyder också på att klimateffekter på mykorrhiza kan hämma skogstillväxten i kalla klimat.
I och runt trädens rötter finns i alla skogsekosystem svampar och bakterier som lever i symbios med träden, och byter näringsämnen mot kol. En satsning på att kartlägga de vanligaste symbiostyperna – baserad på data från mer än 1,1 miljoner provytor och 28 000 trädslag – har avslöjat faktorer som avgör var olika typer av mykorrhiza och kvävefixerande bakterier kommer att frodas.
Arbetet kan hjälpa forskare att förstå hur symbioser formar världens skogar och hur de kan påverkas av ett varmare klimat.
Hämmad skogstillväxt i kallare klimat
Kartorna togs fram av forskare från Stanford University i ett samarbete med över 200 forskare från andra lärosäten, bland annat SLU. I arbetet avslöjas en ny biologisk regel som forskarlaget kallar ”Reads lag”, efter en pionjär inom symbiosforskningen, Sir David Read.
I ett exempel på hur denna forskning kan tillämpas, använde forskarna kartläggningen för att förutse hur symbioserna skulle kunna ha förändrats år 2070, om koldioxidutsläppen fortsätter som idag. Detta scenario ledde till en tioprocentig minskning av biomassan hos trädslag som har den typ av mykorrhiza som i första hand finns i svalare områden. Forskarna varnar för att en sådan förlust av tillväxt kan öka mängden kol i atmosfären.
Stora förändringar i skogens symbioser
– Det finns ett begränsat antal typer av symbioser och vi visar att deras utbredning följer klara regler, säger huvudförfattaren Brian Steidinger, som är postdoktor vid Stanford. Våra modeller förutser stora förändringar i världens skogliga symbioser – förändringar som kan påverka det klimat som våra barnbarn kommer att leva i.
– Resultatet av studien är viktigt i sig, men det visar även på styrkan och användbarheten hos de data som samlas in i väl utförda monitoring-program såsom Riksskogstaxeringen, säger Bertil Westerlund från SLU, som har bidragit med svenska data till studien.
Tre symbioser
Det finns en mycket stor mångfald i det symbiotiska samspelat mellan mikroorganismer och träd. Forskarnas kartläggning fokuserade på av tre av de vanligaste typerna av symbioser: arbuskulär mykorrhiza, ektomykorrhiza och kvävefixerande bakterier.
Var och en av dessa kategorier symbioser rymmer tusentals arter av svampar eller bakterier som bildar unika partnerskap med olika trädslag.
För trettio år sedan ritade David Read kartor för hand där han visade var han trodde att olika symbiotiska svampar skulle finnas, baserat på vilka näringsämnen de tillhandahåller. Svampar som bildar ektomykorrhiza matar träden med kväve direkt från organiskt material – såsom fallna löv – och han antog att de skulle vara framgångsrika i svalare områden där nedbrytningen går långsamt och där det finns rikligt med löv på marken.
Arbuskulär mykorrhiza trodde han i stället skulle dominera i tropikerna, där trädens tillväxt begränsas av tillgången på fosfor i marken. Andra forskare har senare visat att kvävefixerande bakterier verkar växa dåligt i kalla temperaturer.
Att testa Reads idéer lät sig inte göras förrän det hade samlats in data från ett stort antal träd i olika delar av världen. Den informationen blev tillgänglig genom Global Forest Biodiversity Initiative (GFBI), som undersökte skogar, andra trädlandskap och savanner från alla jordens kontinenter (utom Antarktis) och ekosystem.
Forskarlaget matade in databasens uppgifter om växtplats för 31 miljoner träd, samt information om vilka svampar eller bakterier som trädarten oftast lever i symbios med, i en inlärningsalgoritm. Denna algoritm beräknade sedan hur variabler som klimat, markkemi, vegetation och topografi verkar påverka förekomsten av varje symbios. Det de fann var att kvävefixerande bakterier sannolikt är begränsade av låg temperatur och lågt pH i marken, medan de två typerna av mykorrhiza påverkas starkt av sådant som påverkar hur snabbt det organiska materialet bryts ned i miljön – såsom temperatur och fuktighet.
Trots att forskningen stödde Reads hypotes – att arbuskulär mykorrhiza dominerar i varmare skogar och ektomykorrhiza i kallare skogar – var övergångarna längs vegetationsområdena från en typ av symbios till en annan mycket skarpare än väntat, med tanke på de gradvisa förändringarna hos de variabler som påverkar nedbrytning.
Detta stöder en annan hypotes, tänkte forskarna: att ektomykorrhiza förändrar närmiljön för att ytterligare minska nedbrytningshastigheten.
Denna återkoppling kan hjälpa till att förklara varför ektomykorrhizans utbredning minskade med tio procent när forskarna simulerade oförändrade koldioxidutsläpp fram till år 2070. När uppvärmningen passerar en viss ”klimattröskel” kan det alltså vara så att ektomykorrhizabildande svampar inte längre kan förändra miljön till sin egen fördel.
Kartorna från denna studie kommer att göras fritt tillgängliga, i hopp om att hjälpa andra forskare att inkludera trädsymbionter i arbetet. Forskarna avser att i framtiden utvidga sina studier, för att förstå hur klimatförändringar påverkar andra ekosystem än de skogliga.
Vetenskaplig artikel:
B. S. Steidinger m.fl. 2019. Climatic controls of decomposition drive the global biogeography of forest-tree symbioses.
Kontakt:
Bertil Westerlund, försöksledare, Institutionen för skoglig resurshushållning
Riksskogstaxeringen, Sveriges lantbruksuniversitet, Umeå
Bertil.Westerlund@slu.se
Jonas Fridman, Institutionen för skoglig resurshushållning; Avdelningen för skoglig statistikproduktion. Sveriges lantbruksuniversitet, Umeå
jonas.fridman@slu.se
