Por Michaela Mace Kelly, Comunicaciones Universitarias

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Piceas, pinos, abetos y otros árboles se elevan a lo largo de gélidas franjas de tierra que se extienden por América del Norte, el norte de Europa y Rusia formando un gran anillo alrededor del mundo. Estos bosques boreales forman el ecosistema terrestre más grande y los bosques más septentrionales de la Tierra.

Los hongos se encuentran dentro de los tejidos fotosintéticos o que se alimentan de luz de los árboles del norte, y dentro de los abundantes líquenes en forma de nubes y musgos plumosos que cubren el suelo entre ellos. Estos hongos son endófitos, lo que significa que viven dentro de las plantas, a menudo en una disposición mutuamente beneficiosa.

“Ser una planta significa vivir en un mundo de hongos”, dijo. Betsy Arnoldoprofesor en Facultad de Ciencias Vegetales En el Facultad de Agricultura, Ciencias de la Vida y el Medio Ambiente Y el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva En el Facultad de Ciencias Y un miembro de Instituto Bio5. “Los endófitos son vitales para la salud de las plantas en formas que aún no se comprenden completamente, pero lo que sabemos sobre los endófitos en general es que son muy buenos para proteger a las plantas de enfermedades y ayudarlas a ser más resistentes a los factores estresantes ambientales”, como el calor. “Fue 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 del desierto del noreste de Canadá para comprender cómo estas especies de hongos se adaptan a diferentes microambientes y cómo podrían verse afectadas por el cambio climático futuro.

Descubrieron que había una gran diversidad entre los hongos y que se habían adaptado de maneras muy específicas a sus condiciones locales, lo que significaba que serían sensibles a futuros cambios en el clima. Dado que la salud de los hongos está estrechamente vinculada a la salud de sus huéspedes, estos hallazgos tienen implicaciones para la salud general futura de los bosques boreales y de nuestro planeta.

“Los bosques boreales son fundamentales para los ciclos del carbono y del agua de nuestro planeta”, dijo Arnold. “Nuestro trabajo destaca que albergan 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 son publicado En la revista Current Biology.

“Nuestro estudio colaborativo destaca la diversidad en el bioma boreal de los hongos endófitos recién descubiertos y su sensibilidad al clima”, dijo el coautor del estudio Shozo Oita, quien completó sus estudios doctorales en el laboratorio de Arnold y ahora es científico investigador en Sumitomo. Química Co., Ltd. “Los endohongos a menudo se pasan por alto porque se encuentran en el tejido vegetal sano, pero recientemente se ha revelado su importancia en la biodiversidad y los ecosistemas”.

Aviación para hongos

Recopilar los datos para llegar a esta conclusión fue un esfuerzo enorme 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 experimentado “para llegar a donde las carreteras no llegan”, dijo Arnold. El equipo de seis pasó. Los bosques boreales del sur de Canadá hasta el borde de la tundra ártica, aterrizando sus hidroaviones en lagos a lo largo del camino.

Despegaron treinta y seis veces 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 del suelo hojas sanas de abeto, musgos y líquenes frescos, y guardaban sus tesoros científicos en bolsas con cierre hermético a medida que avanzaban. También perforaron los núcleos de los anillos de los árboles, con la esperanza de descubrir su pasado, como su edad y su exposición a incendios forestales. También midieron diferentes características de los bosques para comprender cómo varía la vegetación en el paisaje.

Por la noche, mientras la aurora boreal revoloteaba sobre sus cabezas, procesaban sus muestras en laboratorios móviles dentro del cuartel general de los pilotos. Esterilizaron la superficie de tejido fresco para prepararlo 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 viajar al siguiente lugar”, dijo Arnold. Las largas jornadas han dado sus frutos: “En el mundo de los hongos, una hora de trabajo de campo es un año de caracterización y una década de análisis de potencial. En apenas unas semanas hemos recorrido mucho terreno”.

Mientras viajaban desde las regiones más cálidas del sur a las más frías del norte, repitieron el muestreo a intervalos de aproximadamente 100 millas. También tomaron muestras a lo largo de un rango de latitud que era igual en amplitud 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 la DeHavilland Otter que era su casa rodante, y a menudo compartieron su espacio de viaje con tanques de combustible adicionales.

Estudios más antiguos han examinado la relación entre la biodiversidad y la latitud, que a menudo se utiliza como indicador del clima. Arnold dijo que estos estudios encontraron que la vida en general se vuelve más diversa cerca del ecuador. Por ejemplo, para muchos grupos de organismos, los que se encuentran en las selvas tropicales tienen mayor biodiversidad que los que se encuentran en la tundra ártica.

Resulta que no es tan sencillo cuando se trata de hongos en la región boreal.

“Hemos demostrado 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 OrenCompletó sus estudios de doctorado 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 debemos proteger las plantas. Y Sus hongos endófitos se extienden por todo el bioma del norte, no solo en un lugar; de lo contrario, corremos el riesgo de perder la biodiversidad vital y los 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 dice) en el que las plantas encuentran el compañero endófito perfecto y prosperan a pesar de las distintas tensiones que enfrentan. en estos duros paisajes del norte.

“Los hongos endofíticos se encuentran en todo el mundo, pero hay distintas especies en diferentes ambientes. Creemos que la simbiosis con los hongos endofíticos es, en parte, la forma en que las plantas superan los desafíos ambientales a escala global, es decir, con sus socios endofíticos”. dijo Arnold. “No hay mucha información sobre qué hace exactamente un endófito individual a 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 cambio climático.”

Ella espera que futuras investigaciones puedan aprovechar sus hallazgos.

“Lo que sabemos es que perdemos esa biodiversidad cuando esos bosques cambian, y aún no sabemos cuáles son los elementos funcionales clave”, dijo.

El colaborador François Luzzoni, profesor de biología en la Universidad de Duke y coarquitecto de este estudio con Arnold, está de acuerdo.

“Este fue uno de los trabajos de campo más complejos que he realizado, pero también una de las experiencias de investigación más estimulantes que he tenido”, dijo Luzzoni. “Documentar la biodiversidad de 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, genes y los ecosistemas que habitan cambian con el tiempo. A su vez, los herbarios son los mejores “Servido por la comunidad científica. Esto se hace integrándolo con laboratorios de investigación en universidades internacionales”.

Con esta mentalidad, Arnold ahora está trabajando para utilizar plantas de interior cultivadas localmente en Arizona para mejorar la resiliencia de los cultivos en este mundo cambiante.

“Así como los bosques boreales albergan una diversidad inesperada de endófitos, también la albergan las plantas aquí en Arizona”, dijo Arnold. “Nuestros próximos pasos son aprovechar estos ricos y antiguos hongos endófitos como herramientas para ayudar a las plantas a crecer. En última instancia, esperamos que al comprender estos hongos a escala global, no solo podamos trazar el pasado y el futuro de un elemento esencial de la La biodiversidad de nuestro planeta”, pero también podemos aprovechar la que se encuentra en nuestras áreas locales para hacer que los cultivos prosperen con agua limitada y altas temperaturas. Se podría decir que el futuro es innato”.

Otros coautores son Jolanta Miadlkowska de la Universidad de Duke, Bernard Paul 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 P. Zimmerman de la Universidad de San Francisco y Dennis Valle. De la Universidad de Florida y Valerie Truett De la Universidad de Arizona Laboratorio de investigación de anillos de árboles.

Esta investigación fue financiada a través de una iniciativa de la Fundación Nacional de Ciencias llamada Dimensiones de la biodiversidad.