Abetos, pinos, abetos y otros árboles se elevan a lo largo de las gélidas franjas de tierra que se extienden por América del Norte, el norte de Europa y Rusia en un gran anillo alrededor del mundo.
por Mikayla Mace Kelley, Universidad de Arizona
Estos bosques boreales constituyen el ecosistema terrestre más grande y los bosques más septentrionales de la Tierra.
Ubicados dentro del tejido fotosintético o devorador de luz de los árboles boreales, y dentro de los abundantes líquenes en forma de nubes y musgos plumosos que alfombran el suelo entre ellos, se encuentran los hongos. Estos hongos son endófitos, lo que significa que viven dentro de las plantas, a menudo en una disposición mutuamente beneficiosa.
“Ser una planta es vivir en un mundo de hongos”, dijo Betsy Arnold, profesora de la Facultad de Ciencias Vegetales de la Facultad de Agricultura, Ciencias de la Vida y del Medio Ambiente y del Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la Facultad de Ciencias y Miembro del Instituto Bio5. “Los hongos endófitos son vitales para la salud de las plantas en formas que aún no se comprenden totalmente, pero lo que sí sabemos de los endófitos en general es que son muy buenos para proteger a las plantas contra enfermedades y ayudarlas a ser más resistentes a los factores estresantes ambientales. , como el calor. Han sido parte de una importante revolución en nuestra forma de pensar sobre las plantas”.
Hace más de una década, Arnold y su equipo emprendieron una aventura de un mes en las profundidades de la naturaleza salvaje del noreste de Canadá para comprender cómo estas especies de hongos se adaptaron a diferentes microambientes y cómo les podría ir en el futuro cambio climático.
Encontraron una gran diversidad entre los hongos y que estaban adaptados de maneras muy específicas a sus condiciones locales, lo que implica que serán sensibles a futuros cambios en el clima. Dado que la salud de los hongos está tan estrechamente ligada a la salud de sus huéspedes, estos hallazgos tienen implicaciones para la salud general de los futuros bosques boreales y para nuestro planeta.
“Los bosques boreales son fundamentales para los ciclos del carbono y del agua de nuestro planeta”, dijo Arnold. “Y nuestro trabajo destaca que son el hogar de algunos de los hongos endófitos evolutivamente más diversos del mundo, endófitos que no se encuentran en ningún otro lugar”.
Después de más de una década de análisis, sus hallazgos se publicaron en la revista Current Biology .
“Nuestro estudio colaborativo arrojó luz sobre la diversidad en el bioma boreal de hongos endófitos recientemente descubiertos y su sensibilidad al clima”, dijo el coautor principal del estudio, Shuzo Oita, quien completó sus estudios doctorales en el laboratorio de Arnold y ahora es científico investigador en Sumitomo. Chemical Co., Ltd. “Los endófitos a menudo se pasan por alto porque se encuentran en tejidos vegetales sanos, pero recientemente se ha revelado su importancia en la biodiversidad y los ecosistemas”.
Volando por hongos
Recopilar los datos para llegar a esta conclusión fue un esfuerzo gigantesco que requirió que Arnold y sus colegas realizaran uno de los trabajos de campo más intensos de su vida, dijo.
Durante un mes durante el verano de 2011, el equipo contrató a un piloto experto “para acceder a lugares donde las carreteras no llegan”, dijo Arnold. El equipo de seis personas atravesó los bosques boreales del sur de Canadá hasta el borde de la tundra ártica, aterrizando su hidroavión en lagos a lo largo del camino.
Treinta y seis veces despegaron y aterrizaron entre lagos remotos que salpicaban el paisaje. Por lo general, pasaban entre seis y 24 horas en cada sitio de muestra.
Durante el día, recogían hojas sanas de abetos y musgos y líquenes frescos del suelo, guardando su tesoro científico en bolsas con cierre a medida que avanzaban. También perforaron núcleos de anillos de árboles, con la esperanza de revelar su pasado, como su edad y su exposición a incendios forestales. También midieron varias características del bosque para comprender cómo varían las plantas en el paisaje.
Por la noche, mientras la aurora boreal revoloteaba sobre sus cabezas, procesaban sus muestras en laboratorios portátiles dentro de las habitaciones de los pilotos. Esterilizaron la superficie de tejidos frescos para prepararlos para la extracción de ADN y aislaron cultivos de hongos para visualizar y documentar las cepas que viven dentro de sus muestras.
“A menudo trabajábamos hasta las 2 o 3 de la mañana y dormíamos unas horas antes de volar al siguiente sitio”, dijo Arnold. Las largas jornadas dieron sus frutos: “En el mundo de los hongos, una hora de trabajo de campo es un año de caracterización y una década de análisis potencial. Y en tan sólo unas pocas semanas hemos cubierto mucho terreno”.
A medida que viajaban desde las regiones más cálidas del sur hacia el norte más frío, repitieron sus muestreos en intervalos de aproximadamente 100 millas. También tomaron muestras a lo largo de una única franja de latitud que era igualmente vasta pero que representaba muy poco cambio en el clima, dijo Arnold.
Tomaron muestras estratégicamente en estas dos dimensiones para garantizar que cualquier diferencia en la biodiversidad de los hongos estuviera realmente impulsada por diferencias ambientales y no solo por la distancia. Juntos, volaron casi 1.500 millas en el DeHavilland Otter que era su casa móvil, y a menudo compartían su espacio de viaje con tanques de combustible adicionales.
Estudios más antiguos han examinado la correlación entre la biodiversidad y la latitud, que a menudo se utiliza como indicador del clima. Estos estudios encontraron que, en general, la vida se vuelve más diversa más cerca del ecuador, dijo Arnold. Por ejemplo, para muchos grupos de organismos, los de las selvas tropicales tienen mayor biodiversidad que los de la tundra ártica.
Resulta que no es tan sencillo cuando se trata de hongos en la zona boreal.
“Demostramos que las comunidades de hongos boreales no necesariamente cambian con el clima de la misma manera predecible que las comunidades de plantas. En cambio, el efecto del clima sobre estos hongos depende en gran medida tanto de la especie de hongo como del huésped”, dijo el coautor principal. Jana U’Ren, quien completó su trabajo doctoral y realizó los análisis de laboratorio para este proyecto como científica postdoctoral con Arnold antes de mudarse a la Universidad Estatal de Washington. “Esto significa que necesitamos proteger las plantas y sus hongos endófitos en todo el bioma boreal, y no sólo en un lugar, o corremos el riesgo de perder biodiversidad vital y hongos protectores en estos importantes bosques”.
Arnold cree que la dependencia climática especial de estos hongos endófitos refleja un proceso de coevolución con sus huéspedes (o “investigación y desarrollo”, como ella lo expresó) a medida que las plantas encuentran el compañero endófito ideal y florecen a pesar de las tensiones distintivas que enfrentan. en estos duros paisajes del norte.
“Los endófitos se encuentran en todo el mundo, pero hay otros distintivos en diferentes entornos. Creemos que las simbiosis con los endófitos son, en parte, la forma en que las plantas superan los desafíos ambientales a escala global, es decir, con sus socios fúngicos internos”, Arnold dicho.
“No hay mucha información sobre qué hace exactamente un endófito individual para una planta individual. Por lo tanto, nuestro estudio es fundamental en el sentido de que intentamos descubrir quiénes son estos endófitos, cómo se distribuyen y cómo podrían cambiar con un clima cambiante.”
Ella espera que futuras investigaciones puedan aprovechar sus hallazgos.
“Lo que sí sabemos es que estamos perdiendo esa biodiversidad cuando esos bosques están cambiando, y todavía no sabemos cuáles son los elementos funcionales clave”, dijo.
El colaborador François Lutzoni, profesor de biología en la Universidad de Duke y coarquitecto de este estudio con Arnold, estuvo de acuerdo.
“Éste fue uno de los trabajos de campo más complejos que he realizado jamás, pero también una de las experiencias de investigación más estimulantes que he tenido”, afirmó Lutzoni.
“Documentar la biodiversidad en nuestro mundo cambiante es una investigación esencial. Los especímenes que recolectamos se depositan en herbarios y, por lo tanto, tienen un valor duradero para comprender cómo las especies, sus distribuciones, sus genes y los ecosistemas que habitan cambian con el tiempo. A su vez, la mejor manera Para que los herbarios sirvan a la comunidad científica es integrándose con laboratorios de investigación en universidades de clase mundial”.
Con esta mentalidad, Arnold ahora está trabajando para utilizar endófitos locales de Arizona para mejorar la resiliencia de los cultivos en este mundo cambiante.
“Al igual que los bosques boreales albergan una diversidad inesperada de endófitos, también lo hacen las plantas aquí en Arizona”, dijo Arnold. “Nuestros próximos pasos son aprovechar estos ricos y antiguos endófitos como herramientas para ayudar a las plantas a prosperar. En última instancia, esperamos que al comprender estos hongos a escala global, no solo podamos trazar el pasado y el futuro de un elemento clave de la biodiversidad de nuestro planeta, , pero también podemos aprovecharlos en nuestras áreas locales para hacer que los cultivos prosperen con agua limitada y temperaturas en aumento. Se podría decir que el futuro es fúngico”.
Otros coautores son Jolanta Miadlikowska de la Universidad de Duke, Bernard Ball de la University College Dublin y la Universidad de Duke, Ignazio Carbone de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Georgiana May de la Universidad de Minnesota, Naupaka B. Zimmerman de la Universidad de San Francisco, Denis Valle de la Universidad de Florida y Valerie Trouet del Laboratorio de Investigación de Anillos de Árboles de la Universidad de Arizona.
Más información: Jana M. U’Ren et al, Los impulsores ambientales y los puntos críticos de biodiversidad definen los endófitos en el bioma terrestre más grande de la Tierra, Current Biology (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.01.063
