שיתוף פעולה בין עצים ופטריות

לרוב, כשאנו חושבים על פטריות, הדבר הראשון שעולה לראש הוא הַחֵלֶק העל-אדמתי שלהן המורכב מגופֵי הפרי של הפטריות, שבהם אנו משתמשים לבישול ולאפייה. אולם הלכה למעשה את מַרבּית גוף הפטרייה איננו רואים. הוא נמצא מתחת לאדמה ומורכב מקּוּרִים דקים ולבנים הפרושׂים לאורך מֶטְרִים ואף קילומטרים רבים באדמת היער, ומכונים תַּפְטִיר (איור 1). דרך התפטיר עוברים מִגוון חומרים בין חלקֵי הפטרייה. סוגים שונים של פטריות ממלאים תפקידים שונים, וניזונים במִגוון דרכים. סוג אחד של פטריות ,כמו פטריית האסימונית, ניזון מחומר צִמְחִי מת ומסייע בפירוק שאריות צמחים באדמת היער, וסילוקן.

סוג אחר של פטריות יכול לשתף פעולה עם צמחים ולהיות מוּזָן מהם, והוא מכונה פטריות מִיקוֹרִיזָה, ובעברית שַׁתְפָנִיּוֹת. פטריות אלה מתחברות לשורשים של צמחים שונים, ונקשרות אליהם. הצמח מעביר לפטרייה מזון בצוּרַת חומרים שמכילים פחמן, ובתמורה הפטרייה מעבירה לצמח מינרלים מהקרקע, שחיוניים עבורו. כמו כן, הפטרייה מאפשרת קליטה משופרת של מים ששורש הצמח אינו מצליח להגיע אליהם, דרך קורי הפטרייה. הַקֶּשֶׁר בין הפטריות לעצים, שבמסגרתו שני הצדדים מרוויחים, מכונה סִימְבְּיוֹזָה (צַוְתָּאוּת). כל עץ יכול להתחבר לכמה פטריות ממינים שונים, וכל פטרייה יכולה להתחבר לכמה עצים ממינים שונים. באופן זה הפטריות יוצרות רשת שמאפשרת מעבַר חומרים בין העצים.

מַעֲבַר פחמן בין עצים

בשנת 1997 היחסים בין פטריות לעצים נבחנו מחדש. זאת כשפרופסור סוּזן סימַרְד, מהמחלקה למדעי היער והשימור באוניברסיטת קולומביה הבריטית, קנדה, גילתה כי עצים צעירים ביער יכולים להעביר ביניהם פחמן [2]. כלומר, פחמן אינו עובר רק לפטרייה הסמוכה לעץ אלא גם לעצים הסמוכים. שׁיערו כי המעבר מתרחש דרך הפטריות שמחוברות לעצים השונים ביער. ואכן, מחקרים הראו כי ככל שישנן יותר פטריות משותפות בין מינֵי עצים שונים, כך העברַת הפחמן בין העצים גדולה יותר [3]. עוד הצביעו המחקרים על כך שמעבר הפחמן בין העצים מתרחש הן בעצים בוגרים ביער צפוני (Boreal) הן ביערות אקלים ממוזג (Temperate) [4].

איך עוקבים אַחַר חומרים שעוברים בין עצים?

במטרה לבדוק אם חומרים עוברים בצורה שוויונית בין עצים ממינים שונים, קבוצת חוקרים ממכון ויצמן למדע גידלו עצים צעירים ממינים ים-תיכוניים. עצים אלה גדֵלים בדרך כלל באותה סביבה, ועימם נִמנו בניסוי עצי אורן, אלון, ברוש, חרוב ואֵלַת המסטיק. המְּכלים שבהם העצים גדלו שימשו כמִיקְרוֹקוֹסְמוֹס שֶׁהִדְמָה יער ים-תיכוני עם מינים מקומיים. בכל אחד מהמְּכלים שתלו החוקרים הרכּבים שונים של המינים, כך שבכל מְכל עץ ממין אחר קיבל פחמן מסומן, וּמינֵי העצים האחרים נשתלו לידו (איור 2).

במטרה לבדוק לאן החומרים עוברים החוקרים השתמשו בגז פחמן דו-חמצני (CO₂) עם פחמן אִיזוֹטוֹפִּי, כאמצעי המאפשר לעקוב אחר הפחמן שניתן לעץ המסומן (איור 3). העצים קולטים את הפחמן דרך העלים, והופכים אותו לתרכובות כימיות שונות. לאחר מכן נבדק אם הפחמן מגיע לעצים סביבו. חלקים שונים של העצים כמו שורשים, ענפים ועלים נדגמו לאורך שמונה חודשים לאחר הסימון, בנקודות זמן שונות. החוקרים בדקו אם הפחמן שניתן לעץ המסומן הגיע לחלקים השונים של העצים סביב. כדי לבחון אם רשת הפטריות יכולה להסביר את מעבר הפחמן בין העצים, החוקרים זיהו אֵילוּ פטריות נמצאות בשורשים של כל אחד ממינֵי העצים, זאת בעזרת ריצוף דנ''א של קצוות השורשים. בשלב הבא הם בדקו אם ישנן פטריות משותפות בין העצים שביניהם עבר הפחמן. נוסף על כך החוקרים ריצפו דנ''א של שורשֵי העץ במטרה לוודא כי הם לקחו ובחנוּ את השורש של העץ הנכון–משימה לא קלה כְּלל כשחופרים באדמה.

האם הפחמן עובר בין עצים באופן שוויוני?

כפי שחוקרים אחרים הראו בעבר, החוקרים בניסוי זה מצאו כי פחמן עבר בין עצים סמוכים. עץ אלָה קיבל פחמן מעצי ברוש וחרוב. עץ אלון העביר פחמן לעץ אורן. עצי ברוש, חרוב ואורן העבירו פחמן לעצים שהיו מבּני מינם. בדרך כלל הפחמן עבר בין עצים שֶׁחָלְקוּ פטרייה משותפת עם העץ שסומן. נמצא כי ברוב המקרים הדמיון בין מינֵי הפטרייה שהיו מחוברים לשורשי העצים השפיע יותר על העברַת הפחמן מאשר הקִּרבה הגנטית בין מינֵי העצים.

החוקרים גילו כי הפחמן עובר בצורה לא שוויונית. כלומר, חֵלֶק מהמינים, כמו הברוש והחרוב, לרוב מקבלים יותר פחמן מאשר תורמים, ולהפך: מינים אחרים, כמו האלון, בעיקר תורמים פחמן לעצים אחרים, ואינם מקבלים פחמן מהעצים סביבם. בניסוי הבחינו החוקרים כי ישנהּ כמות גדולה של פחמן מסומן בשורש של עץ האלון. כלומר, חלק גדול מהפחמן שהעץ קלט דרך העלים הגיע לשורשים, בהשוואה למינֵי העצים האחרים. החוקרים משַׁערים כי ייתכן שמעבר הפחמן תלוי בהפרש ריכוזֵי הפחמן בין שורשי העצים. זה יכול להסביר למה עץ עם ריכוז פחמן גבוה, כמו האלון, מעביר פחמן לעצים אחרים בעלי ריכוז פחמן נמוך יותר. עם זה יש לזכור כי הניסוי נערך בקנה מידה קטן, תוך שימוש במספר נמוך של דוגמאות ובכמות קטנה של פחמן מסומן. בניסויים אחרים שנערכו בעזרת מוֹדֶל ממוחשב מתקדם, החוקרים גילו כי בין 4 ל-29 אחוזים מהפחמן בשורשי העצים סביב לעץ מסומן הגיעו מהעץ עצמו. דרך אפשרית נוספת למעבר פחמן בין עצים היא מעבר ישירות מהקרקע, אלא שדרך זו איטית ואינה יעילה.

תפקוד היער כְּחֶבְרָה

עצים שונים מצליחים לתפקד ברמות שונות ביער. חלקם מְתַפקדים היטב, וחלקם מתקשים לשרוד לאחר שנחשפו לתנאים קיצוניים או עברו מתקפת חרקים או מחלה. כיוון שתנועת פחמן בין עצים אינה שוויונית, יש כאן הזדמנות לתנועת פחמן מהעצים החזקים לעצים החלשים. עצים מוחלשים ביער, המחוברים דרך קורי הפטרייה, מתחברים לעצים חזקים יותר ומקבלים מהם, בתיווך הפטרייה, חומרים פחמניים החסרים להם. חלוקת משאבים כזו עשויה להוביל לניצול טוב יותר של המשאבים הקיימים ביער, כך שגם עצים חלשים יוכלו להתקיים ולשרוד, ובהמשך אף להתחזק.

רשתות מיקוריזה בסביבה של שינויי אקלים

לאורך מאתיים השנים האחרונות פעילוּת אנושית הובילה לפליטות פחמן מוגברות לאטמוספרה, אשר גרמו לשינויי אקלים. במקומות רבים עצים חווים לחצים הולכים וגוברים: אירועי יובש נעשים תכופים יותר; גלי חום מתארכים ומתאפיינים בטמפרטורות גבוהות יותר, ומתרחשים יותר אירועי קיצון כמו הֲצָפוֹת. כפי שעולה מהניסוי שֶׁהִדְמָה יער ים-תיכוני מעורב, ייתכן כי מנגנון שיתוף חומרים בין עצים ביער מסוג זה מאפשר מערכת אקולוגית יערנית בריאה יותר, המסוגלת להתמודד עם אירועי הקיצון הללו בצורה טובה יותר. מערכת אקולוגית כזו חשובה גם כיוון שהיא מְספקת לאדם שירותים רבים כמו ויסות אקלים וקיבוע פחמן, טיהור מים מזיהומים ויצירת חמצן אטמוספרי.

מה הלאה?

החוקרים מציעים כי דרוש מחקר נוסף כדי לעמוד על ההשפעה של מעבר פחמן בין עצים בתנאים שונים. לדוגמה, התבססות עצים צעירים ביער מצויה בסיכון גבוה עקב תקופות יובש ממושכות בעידן של שינויי אקלים, ואף בְּשֶׁל חוסר במינרלים כמו חנקן (N) וזרחן (P). התבססות עצים צעירים ביער היא מפתֵּח להמשכיוּת היער בטווח הארוך. לכן, למידת ההשפעה של מעבר הפחמן בשלב זה בתקופה של אקלים משתנה, יכולה לסייע לנו לשמור על היערות למען הדורות הבאים.

מילון מונחים

תפטיר (Hypha): ↑ גוף הפטרייה. עשוי קורים דקים רבים, ובעל שטח פָּנים גדול המאפשר קליטת מינרלים מהסביבה.

שתפניות (Mycorrhizal Fungi): ↑ סוג של פטריות המחוברות לצמחים ומשתפות פעולה איתם. הפטריות נהנות מהפחמימות שהן מקבלות מהצמחים, והצמחים נהנים מִשֶּׁטח פנים מוגדל לקליטת מים ומינרלים.

סִימְבְּיוֹזָה (Symbiosis): ↑ שותפוּת בין אורגניזמים. סוג קשר שבו שני הצדדים המעורבים מרוויחים.

מיקרוקוסמוס (Microcosmos): ↑ עולם קטן שמייצג עולם גדול יותר. בניסוי המתואר במאמר זה חוקרים השתמשו במיקרוקוסמוס כדי להדמוֹת במעבדה את הסביבה המקוֹרית של הצמחים ביער.

איזוטופ (Isotope): ↑ אָטוֹם של יסוד בטבע הנבדל במִּספר הנוֹיטרוֹנים שלו, ולכן ניתן לאתֵּר אותו בעקבות השוני במשקלו. למשל, פחמן שמשקלו שונה מהפחמן הנפוץ בטבע. מקובל להשתמש באיזוטופים למטרת מעקב אחר חומרים.

ריצוף דנ''א (DNA Sequencing): ↑ דנ''א הוא מַעֲרַךְ הוראות ההפעלה של הגוף. מורכב מארבע 'אותיות'–בסיסים חנקניים החוזרים בצירופים שונים: A (אדנין), C (ציטוזין), G (גואנין) ו-T (תימין). קביעת סֵדֶר האותיות מכונה ריצוף, ומשמשת לזיהוי אורגניזמים.

קיבוע פחמן (Carbon Fixation): ↑ תהליך חיוני המאפשר חיים ברי-קיימה, של לכידת פחמן ואחסון פחמן דו-חמצני לטווח ארוך במאגר. במסגרתו, פחמן אטמוספרי אי-אורגני נטמע באורגניזמים חיים ועובר המרה לתרכובות אורגניות המשמשות לאגירת אנרגיה כימית.

חמצן אטמוספרי (Atmospheric Oxygen): ↑ שכיחוּתוֹ באטמוספרה של חמצן מולקולרי (O₂), המאפשר את שגשוג החיים. זהו תוצר לוואי של תהליך הפוטוסינתזה, וכמחציתו מגיעה מהים, שָׁם הוא נוצר בעיקר על ידי פיטוֹפּלנקטוֹן–אורגניזמים צמחיים זעירים.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כל המחקר נערך בהעדר כי קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.