探索如何以及为什么树“谈话”彼此

生态学家Suzanne Simard展示了树木如何利用土壤真菌网络来传达它们的需求并帮助邻近的植物。现在她警告说,森林砍伐和气候变化等威胁可能会破坏这些关键网络。

二十年前,在研究她的博士论文时,生态学家Suzanne Simard发现,树木通过埋藏在土壤中的格子真菌网络的网络传达了他们的需求,并换句话说,她发现,他们发现,他们“互相谈论”。从那时起,现在在不列颠哥伦比亚省大学,已经开拓进一步研究了树木逆转,包括这些真菌舷外线如何帮助树木发送有关环境变化的警告信号,在他们死之前将它们的营养转移到邻近的植物中。

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Suzanne Simard.

通过使用像“森林智慧”和“母树”这样的短语,当她谈到这种精心制度时,她与人类大脑中的神经网络相比,SIMARD的工作有助于改变科学家如何定义植物之间的相互作用。“森林是一个合作系统,”她在接受采访时说耶鲁环境360..“对我来说,使用‘交流’的语言更有意义,因为我们不仅在研究资源转移,还在研究防御信号和亲属识别信号。作为人类,我们可以更好地理解这一点。如果我们能理解它,我们就会更关心它。如果我们更关心它,那么我们就会更好地管理我们的景观。”

SIMARD现在专注于了解这些重要通信网络如何被环境威胁中断,例如气候变化,松甲虫侵扰和伐木。“这些网络将继续,”她说。“是否对本土植物物种,或异教徒或侵略者杂草等,仍有待观察。”

360年耶鲁大学环境:并非所有的博士论文都发表在该杂志上自然.但回来于1997年,你的一部分是。您使用碳的放射性同位素来确定纸桦树和道格拉斯枞树正在使用地下网络互相互动。告诉我这些互动。

苏珊娜Simard:全世界的所有树木,包括纸桦树和道格拉斯冷杉,形成与地下真菌以下的共生关联。这些是对植物和通过这种关联的有益的真菌,真菌当然不能进行光合,探索土壤。188最新下载地址基本上,它送菌丝体或螺纹,通过土壤,拾取营养和水,尤其是磷和氮,使其恢复到植物,并为光合素[糖或由光合作用的其他物质交换这些营养素和水]来自植物。该植物正在固定碳,然后为其新陈代谢需要的营养素进行交易。它为他们两个都有所了解。

这是这个网络,类似于下面的管道,将一个树根系统连接到另一个树根系统,使营养和碳和水可以在树之间交换。在不列颠哥伦比亚省的天然森林中,纸桦树和道格拉斯杉木在早期的森林社区一起生长在一起。他们互相竞争,但我们的工作表明,他们还通过通过他们的菌根网络来回来回派遣营养和碳来彼此配合。

e360:他们可以分辨出谁需要额外的帮助谁需要,对吗?

SIMARD:这是正确的。我们已经完成了一堆实验,试图弄清楚驱动交换的东西。请记住,这是一个来回的交换,所以有时桦树会得到更多,有时冷杉会得到更多。这取决于当时正在发生的生态因素。

我们在那个实验中测试的一个重要的东西就是阴影。在夏季,道格拉斯冷杉被遮荫的越多,白桦吸收的多余碳就越多。然后在秋天的晚些时候,当桦树开始失去叶子时,冷杉因为还在进行光合作用而含有过多的碳,交换的净转移又回到了桦树身上。

还有可能涉及的真菌因素。例如,正在连接网络的真菌将希望保护其碳源。即使我们不了解这一点,它也是从进化的角度来看的意义。真菌是为自己的生计而来,以确保将来有一个安全的食物基础,因此它将有助于将碳转移到不同的植物。

我认为没有缺乏形成网络的能力,但网络可能不同。

e360:例如,在其他生态系统中,这种交流系统也适用于草原,例如草原吗?有没有工作过?

SIMARD:是的,不只是在我的实验室,在我之前的其他实验室也是如此,甚至一些我们熟悉的树种,比如枫树和雪松,都会形成不同类型的菌根。在不列颠哥伦比亚省,我们有大草原穿过该省的内部和森林交界。我们正在研究这些草原,主要是丛枝菌根,是如何与我们的外生菌根森林相互作用的,因为随着气候变化,草原被预测会向森林中移动。

e360:这些交易所是否会在气候变化下继续,或者将被封锁沟通?

SIMARD:我不认为它会被封锁。我不认为会缺少形成一个网络的能力,但是这个网络可能是不同的。例如,可能会有不同的真菌参与其中,但我认为这些网络会继续。它们是否有益于本地植物物种、外来物种、或外来杂草等等,还有待观察。

e360:通过分子工具,您和您的研究生之一发现了您所说的枢纽或母亲,树木。他们是什么,以及他们在森林中的作用是什么?

SIMARD:Kevin Beiler,一个博士生,做了一项非常出色的工作他使用DNA分析来观察树木和真菌个体的DNA短序列在道格拉斯冷杉林的小块中。他绘制出了两种相关的菌根真菌的网络以及它们是如何将森林中的道格拉斯冷杉联系起来的。

只需通过创建地图,他能够展示所有的树木基本上,少数孤立的[异常]都与之相关联。他发现网络中最大,最古老的树木是最有关的,而较小的树木与许多其他树木没有挂钩。大老树有更大的根系系统,并与大的菌根网络联系起来。他们已经有更多的碳,流入网络,他们有更多的根尖。因此,他们会有更多的与其他树木有更多的联系。

在后来的实验中,我们一直在研究这些年老的树木是否能识别亲缘关系,它们周围再生的树苗是否有相同的亲缘关系,它们是否是后代,它们是否会偏爱这些树苗——我们发现它们可以。这就是我们如何想出“母树”这个词的原因,因为它们是最大最古老的树,我们知道它们可以养育自己的亲人。

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一种与一组树木联系起来的真菌网络的图,显示了高度连接的“母树”的存在。Beiler等人2010

e360:您还发现,当这些树木正在染色时,他们对他们来说是一个令人惊讶的生态价值,如果他们已经过早收获,那就没有意识到。

SIMARD:我们在温室里做了这个实验。我们和邻居们一起种植了道格拉斯冷杉的幼苗,我们伤害了作为母树的那棵,那是较老的冷杉幼苗。我们使用了黄松,因为它是一种海拔较低的树种,随着气候变化,它有望取代花旗松。我想知道是否有任何形式的旧森林遗产转移到新森林,并将向上和向北迁移的气候变化。

当我们伤害这些道格拉斯杉树时,我们发现发生了几件事。一个是Douglas Fir将其碳倾倒到网络中,并被柚子松树占据。其次,Douglas FIR的防御酶和Ponderosa Pine是“上调”响应这种损伤。我们解释了通过树木网络进行防御信号。这两个响应 - 碳转移和防御信号 - 只发生了一个菌根网络完好无损。在我们切断网络的地方,它没有发生。

解释是,由于新物种作为气候变化所取代的本地物种正在向邻近的幼苗发送碳和警告信号,以便他们在生态系统中承担更大的角色。

e360:你已经谈到了1997年首次在树互动上发表的工作时,你不应该在植物到工厂时使用“通信”这个词。现在你毫无说服地使用森林智慧和母树等短语。你有脆皮吗?

SIMARD:那里可能有很多脆弱的脆弱。我第一次开始在20多岁时开始森林研究,现在我在50年代中期,所以它已经35年了。我一直非常清楚跟随科学方法,并非常小心不要超越数据所说的。但是,当你意识到那种传统的科学方法只有到目前为止,森林里有比我们能够真正理解的传统科学技术实际上更加了解。

所以我打开了我的思路,说我们需要从人类的角度来看待这个问题,这样我们才能更深刻、更发自内心地理解,这些生物,这些物种,不仅仅是这些无生命的物体,到底发生了什么。我们也开始明白这不仅仅是植物间的资源转移。远不止这些。森林是一个合作的系统,如果它全是关于竞争,那么它将是一个简单得多的地方。为什么森林会如此多样化?为什么会如此动态?

对我来说,使用交流的语言更有意义,因为我们不仅在研究资源转移,还在研究防御信号和亲属识别信号。植物的行为,发送者和接收者,这些行为会根据它们之间的交流或物质的移动而改变。

而且,作为人类,我们可以更好地理解这一点。如果我们能理解它,我们就会更关心它。如果我们更关心它,那么我们就会更好地管理我们的景观。

如果我们留下不仅支持菌根网络,还支持其他生物网络的树木,那么森林将会再生。

e360:山地松甲虫是毁灭性的西部[北美]景观,杀死松树和云杉树。您对粘虫攻击对菌根网络的攻击进行调整研究。您发现了什么,以及对这些森林的再生的影响是什么?

SIMARD:该工作由艾伯塔大学的研究生Greg Pec领导。第一阶段(攻击)称为绿色攻击。他们从绿色发作到红色攻击到灰色攻击。所以基本上,在第三年或第四年,站立已经死了。

我们从这些不同的林分上取了土壤,在其中种上了木杆松幼苗。我们发现随着死亡时间的推移,菌根网络变得越来越不多样化,它也改变了在这些土壤中生长的幼苗的防御酶。这些分子的多样性下降了。树木死亡时间越长,幼苗的菌根多样性和防御分子多样性越低。

Greg在研究这些林分的真菌多样性时发现,即使真菌多样性发生了变化,菌根网络在帮助新生幼苗在林下生长方面仍然很重要。

尽管菌根网络的组成在变化,但它仍然是一个功能性网络,能够促进新林分的再生。

e360:你的工作告诉了你如何在森林中保持对伐木和气候变化的适应能力?

SIMARD:复原能力实际上是指生态系统在一系列可能性范围内恢复其结构和功能的能力。特别是对森林来说,树木是基础。它们为其他生物提供栖息地,但也使森林发挥作用。森林的弹性是指树木再生的能力。我们可以做很多事情来促进这一点,因为这些菌根网络,我们知道这对树木的再生很重要。我们留下的才是最重要的。如果我们留下不仅支持菌根网络,还支持其他生物网络的树木,那么森林将会再生。我认为保持树木再生的能力是至关重要的一步。

e360:你已经谈过你的发现,你的发现会影响不列颠哥伦比亚省及以后的伐木实践。发生了吗?

SIMARD:不是我的工作。从20世纪80年代和90年代开始,在森林中留住老树和遗产的想法被拘留了。通过20世纪90年代在加拿大西部,我们采用了很多方法,而不是基于菌根网络。对于野生动物来说,对于其他生物来说,野生动物留下栖息地。

但对于大多数情况而言,特别是在过去十年半的一半,很多[伐木]默认为清除,没有那么多保留。部分是由山虫甲虫爆发的驱动仍然正在进行中。正在开发的良好林业实践被扫除在垂死的树木的救赎记录中。

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今天,人们仍在尝试保留森林,但这是不够的。通常留下的只是符号树。我们开始了一项新的研究项目来测试保护母树和网络的不同类型的留存。

e360:这是你刚从加拿大政府那里得到的拨款用来重新评估当前的森林更新措施?

SIMARD:是的,我们对此非常兴奋。我们正在测试以不同的方式保留母树的想法——让它们作为单一的,作为群体的,作为防护林,然后使用自然更新和传统更新的混合方法来更新森林。我们在道格拉斯冷杉林的一系列气候条件下进行测试,从非常干燥和炎热一直到凉爽和潮湿。总共将有75个地点穿过这个气候梯度。我们将测量碳循环,生产力,鸟类和昆虫的多样性。我们从不列颠哥伦比亚省的原住民群体中得到了很多兴趣因为母树和培育新一代的想法非常符合原住民的世界观。