Μια απροσδόκητη ανακάλυψη στο εσωτερικό των βρύων της ερήμου θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει την κατανόηση των επιστημόνων για την εξέλιξη των φυτών.
Σε μερικά από τα πιο ξηρά μέρη της Γης, το ίδιο το έδαφος μπορεί να είναι ζωντανό. Αυτό που μοιάζει με μια λεπτή, σκοτεινή κρούστα στο χώμα της ερήμου, μπορεί στην πραγματικότητα να είναι ένα μικροσκοπικό οικοσύστημα, γεμάτο με βρύα, μύκητες, βακτήρια, φύκη και μικροσκοπικά ζώα.
Αυτές οι βιολογικές κρούστες εδάφους βοηθούν στη συγκράτηση των εύθραυστων τοπίων, παγιδεύοντας τη σκόνη, αποθηκεύοντας θρεπτικά συστατικά και προστατεύοντας το έδαφος από τη διάβρωση. Τα βρύα συγκαταλέγονται στα πιο ανθεκτικά μέλη αυτών των κοινοτήτων.
Μπορούν να ξεραθούν σε τέτοιο βαθμό ώστε να φαίνονται σχεδόν νεκρά, και στη συνέχεια να αναζωογονηθούν μετά από μια σύντομη βροχή. Ορισμένα είδη επιβιώνουν πάνω σε γυμνά βράχια, αντέχουν στην έντονη ζέστη και είναι ανθεκτικά σε μεγάλες περιόδους ξηρασίας.
Η ανθεκτικότητά τους έχει οδηγήσει μάλιστα τους επιστήμονες να εξετάσουν αν τα βρύα θα μπορούσαν κάποια μέρα να βοηθήσουν στην υποστήριξη της ζωής σε ακραία περιβάλλοντα πέρα από τη Γη. Τώρα, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Ρίβερσαϊντ (UC Riverside) αναφέρουν ότι τα βρύα της ερήμου ίσως διαθέτουν ακόμα ένα εργαλείο επιβίωσης: Μύκητες που ζουν στο εσωτερικό των ιστών τους.
Τα στοιχεία, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό New Phytologist, δείχνουν μια σχέση η οποία δεν είχε τεκμηριωθεί ποτέ στο παρελθόν για τα βρύα. Εάν επιβεβαιωθεί, το εύρημα αυτό θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει μια βασική παραδοχή για τη βιολογία των βρύων. Ενδέχεται επίσης να προσφέρει ένα νέο παράθυρο σε ένα από τα μεγαλύτερα σημεία καμπής στην ιστορία της Γης, όταν τα φυτά άρχισαν για πρώτη φορά να εξαπλώνονται στην ξηρά, πριν από περίπου 470 εκατομμύρια χρόνια.
Γιατί οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι τα βρύα διαφέρουν
Τα περισσότερα φυτά της ξηράς δεν αντιμετωπίζουν τον κόσμο μόνα τους. Περισσότερο από το 85% αναπτύσσει σχέσεις με μύκητες που τα βοηθούν να προσλαμβάνουν θρεπτικά συστατικά από το έδαφος. Ως αντάλλαγμα, οι μύκητες λαμβάνουν σάκχαρα που παράγουν τα φυτά μέσω της φωτοσύνθεσης.
Μία από τις πιο σημαντικές ομάδες σε αυτές τις συνεργασίες είναι οι αρβουσκώδεις μυκόρριζοι μύκητες, ή AMF. Αυτοί οι μύκητες εντοπίζονται σε περίπου τρία τέταρτα των φυτικών ειδών και είναι γνωστοί για τον σχηματισμό μικροσκοπικών, διακλαδιζόμενων δομών στο εσωτερικό των ριζών των φυτών, όπου γίνεται η ανταλλαγή των θρεπτικών συστατικών.
Τα βρύα θεωρούνταν ανέκαθεν εξαίρεση. Σε αντίθεση με τα ανθοφόρα φυτά, τα δέντρα και πολλές καλλιέργειες, τα βρύα δεν έχουν πραγματικές ρίζες. Για δεκαετίες, οι επιστήμονες πίστευαν γενικά ότι και τα 10.000 γνωστά είδη βρύων ζούσαν χωρίς αυτού του είδους τη μυκητιακή συνεργασία.
«Αυτό ήταν το κυρίαρχο μοντέλο», δήλωσε ο Τζέισον Στάτζιτς, καθηγητής μικροβιολογίας και φυτοπαθολογίας στο UCR και συνδιοργανωτής της μελέτης. Τα βρύα, εξήγησε, απλώς δεν χρειάζονταν τους μύκητες.
Αναζητώντας στοιχεία στην έρημο
Για να εξετάσει αυτή την παραδοχή, ο διδακτορικός ερευνητής του UCR, Κίαν Κέλι, συνέλεξε βρύα από τις ερήμους Μοχάβι και Σονόρα, όπου οι θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια της ημέρας μπορούν να ξεπεράσουν τους 38 βαθμούς Κελσίου. Αυτές οι έρημοι αποτελούν σκληρά πεδία έρευνας, αλλά είναι επίσης ιδανικά μέρη για τη μελέτη στρατηγικών επιβίωσης, επειδή το νερό είναι λιγοστό, η ζέστη έντονη και η ζωή βρίσκεται υπό συνεχή πίεση.
Ο Κέλι επικεντρώθηκε σε βρύα που αναπτύσσονται σε βιολογικές κρούστες εδάφους. Οι κρούστες περιγράφονται μερικές φορές ως το «ζωντανό δέρμα» των ερήμων, επειδή βοηθούν στη σταθεροποίηση του χαλαρού εδάφους και υποστηρίζουν τα οικοσυστήματα των ξηρών περιοχών. Είναι επίσης εξαιρετικά εύθραυστες. Ένα μόνο αποτύπωμα, ένα ίχνος ελαστικού ή οποιαδήποτε άλλη διατάραξη μπορεί να τις καταστρέψει για δεκαετίες.
«Μερικές φορές δεν μπορούσα να βρω το ίδιο είδος βρύου», εξήγησε ο Κέλι, περιγράφοντας τις χρονοβόρες αναζητήσεις μέσα στην ακραία ζέστη για να συλλέξει συγκρίσιμα είδη βρύων τόσο από την έρημο όσο και από λιγότερο άνυδρα περιβάλλοντα. Οι ερευνητές ήθελαν να μάθουν αν τα βρύα από διαφορετικά κλίματα περιείχαν διαφορετικές κοινότητες μυκήτων.
Αυτό το ερώτημα είναι σημαντικό επειδή οι ξηρές περιοχές επεκτείνονται σε πολλά μέρη του κόσμου. Εάν ορισμένοι μύκητες βοηθούν τα βρύα να ανέχονται τις ζεστές και ξηρές συνθήκες, θα μπορούσαν να επηρεάσουν τον τρόπο με τον οποίο τα οικοσυστήματα της ερήμου ανταποκρίνονται στην κλιματική αλλαγή.
Το DNA των μυκήτων αποκαλύπτει μια έκπληξη
Στο εργαστήριο, η ομάδα άλεσε δείγματα βρύων και αναζήτησε DNA μυκήτων. Τα αποτελέσματα έδειξαν την παρουσία μυκήτων στο εσωτερικό των βρύων. Το πιο απροσδόκητο εύρημα ήταν η παρουσία μυκόρριζων μυκήτων, οι οποίοι είναι γνωστό ότι εξαρτώνται από φυτικούς εταίρους. Αυτοί οι μύκητες δεν ήταν απλώς οι ίδιοι οργανισμοί που βρέθηκαν στο γύρω έδαφος.
Οι μυκητιακές κοινότητες στο εσωτερικό των βρύων της ερήμου διέφεραν επίσης από εκείνες που εντοπίστηκαν σε βρύα τα οποία συλλέχθηκαν από λιγότερο αντίξοα περιβάλλοντα.
«Υποψιαζόμαστε ότι ορισμένοι μύκητες είναι πιο βοηθητικοί για την επιβίωση σε θερμότερα και ξηρότερα κλίματα», δήλωσε ο Κέλι. Αυτό το μοτίβο κατέστησε λιγότερο πιθανή την επιμόλυνση, καθώς τα αποτελέσματα έδειξαν μια επιλεκτική σχέση και όχι απλή μεταφορά DNA από το περιβάλλον χώμα.
Η μικροσκοπία ενισχύει την υπόθεση
Το DNA από μόνο του δεν αρκεί για να αποδειχθεί η ενεργός παρουσία μυκήτων στους φυτικούς ιστούς. Για την αναζήτηση φυσικών αποδείξεων, ο Κέλι χρησιμοποίησε μπλε χρώση για τη δέσμευση των μυκήτων στον ιστό των βρύων, εξετάζοντας τα δείγματα στο μικροσκόπιο. Στο εσωτερικό των κυττάρων των βρύων, είδε διακλαδιζόμενες μυκητιακές δομές.
«Μόλις το είδα αυτό, κατάλαβα ότι είχαμε κάτι πραγματικά ενδιαφέρον», δήλωσε ο Κέλι. Οι δομές έμοιαζαν με αρβούσκουλα, τους δενδροειδείς σχηματισμούς που οι μυκόρριζοι μύκητες δημιουργούν συνήθως στο εσωτερικό των ριζών των φυτών. Ωστόσο, τα βρύα δεν έχουν πραγματικές ρίζες και αυτές οι δομές εμφανίστηκαν αντίθετα στα φύλλα.
Για τον λόγο αυτό, οι ερευνητές τις αποκαλούν «παρόμοιες με αρβούσκουλα» (arbuscule-like). Οι δομές μοιάζουν με γνωστά σημεία ανταλλαγής θρεπτικών συστατικών σε άλλα φυτά, αλλά οι επιστήμονες πρέπει ακόμη να αποδείξουν εάν τα βρύα και οι μύκητες ανταλλάσσουν πράγματι πόρους. Μέχρι να συμβεί αυτό, η σχέση δεν μπορεί να περιγραφεί επίσημα ως μια πραγματική συμβίωση.
Πιθανή σύνδεση με τα πρώτα φυτά της ξηράς
Η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να έχει προεκτάσεις πολύ πέρα από την οικολογία της ερήμου. Τα βρύα ανήκουν σε μια αρχαία εξελικτική γραμμή φυτών και είναι στενοί συγγενείς ορισμένων από τα πρώτα φυτά που έζησαν στην ξηρά. Όταν τα φυτά βγήκαν για πρώτη φορά από το νερό, αντιμετώπισαν σημαντικές προκλήσεις. Χρειάζονταν τρόπους για να προσλαμβάνουν θρεπτικά συστατικά, να αποφεύγουν την ξήρανση και να επιβιώνουν χωρίς την υποστήριξη ενός υδάτινου περιβάλλοντος.
Οι μυκητιακοί εταίροι ίσως βοήθησαν τα πρώτα φυτά να ξεπεράσουν μερικά από αυτά τα εμπόδια. Στοιχεία για τέτοιες συνεργασίες μεταξύ φυτών και μυκήτων εμφανίζονται βαθιά στα αρχεία των απολιθωμάτων, και πολλοί επιστήμονες θεωρούν ότι αυτές οι σχέσεις υπήρξαν καθοριστικές για τον «πρασινισμό» των ηπείρων της Γης.
Εάν τα βρύα μπορούν να φιλοξενούν μυκόρριζους μύκητες με τρόπο που οι επιστήμονες δεν είχαν εντοπίσει μέχρι τώρα, αυτό θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο οι ερευνητές αντιλαμβάνονται την πρώιμη εξέλιξη των σχέσεων μεταξύ φυτών και μυκήτων.
Η σημασία της ανακάλυψης για την αποκατάσταση της ερήμου
Τα ευρήματα ενδέχεται επίσης να υποδείξουν νέες στρατηγικές αποκατάστασης για τις υποβαθμισμένες ξηρές περιοχές. Οι βιολογικές κρούστες εδάφους απειλούνται όλο και περισσότερο από την άνοδο της θερμοκρασίας, την ξηρασία, την υπερβόσκηση, τα οχήματα εκτός δρόμου και την πεζοπορία.
Επειδή αυτές οι κοινότητες αναπτύσσονται αργά, η αποκατάστασή τους μπορεί να διαρκέσει χρόνια ή ακόμη και δεκαετίες. Προς το παρόν, η μελέτη δεν αποδεικνύει ότι οι μύκητες βοηθούν τα βρύα να επιβιώσουν. Ωστόσο, αποκαλύπτει μια κρυφή σχέση που οι επιστήμονες δεν περίμεναν να βρουν.
«Η έρημος», δήλωσε ο Κέλι, «είναι γεμάτη από πράγματα που οι άνθρωποι δεν προσέχουν. Μερικές φορές, οι μεγαλύτερες εκπλήξεις είναι αυτές που αναπτύσσονται αθόρυβα κάτω από τα πόδια μας».
