La natura è piena di relazioni simbiotiche, alcuni dei quali si svolgono fuori dalla vista, come il ricco scambio sotterraneo di nutrienti che avviene tra alberi e funghi del suolo.

Ma ciò che accade nell'oscurità può avere profonde implicazioni in superficie, anche:un nuovo importante studio rivela che i funghi del suolo potrebbero svolgere un ruolo significativo nella capacità delle foreste di adattarsi ai cambiamenti ambientali.

Kai Zhu, assistente professore di studi ambientali presso l'UC Santa Cruz, ha adottato un approccio unico di "big data" per studiare il ruolo dei funghi simbionti nella migrazione degli alberi nelle foreste degli Stati Uniti orientali.

"Il nostro clima sta cambiando rapidamente, e le nostre foreste stanno rispondendo, ma al rallentatore, difficilmente rilevabile, " disse Zhu, che voleva identificare i fattori che contribuiscono al ritmo di quella risposta.

Nelle foreste, la crescita degli alberi dipende in gran parte dai nutrienti disponibili nel terreno, mentre il trasferimento del carbonio attraverso le radici al suolo regola i processi ecosistemici. I funghi micorrizici ("MY-koe-RY-zull") crescono sulle radici della maggior parte delle piante e guidano lo scambio di carbonio-nutrienti tra piante e suolo:assorbono risorse di carbonio dai loro ospiti e forniscono i nutrienti del suolo di cui le piante hanno bisogno. I due funghi più comuni associati agli alberi forestali sono ectomicorrizici (ECM), che crescono sulle conifere, compresi i pini, querce, e faggi, e arbuscolare (AM), che crescono sulla maggior parte delle nonconifere, come gli aceri.

Zhu ha utilizzato i dati del programma Forest Inventory and Analysis del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti per esaminare in che modo i livelli di carbonio e azoto nel suolo differiscono tra i boschi caratterizzati da alberi "dominanti AM" e alberi "dominanti ECM". Ha correlato la distribuzione degli alberi con i funghi del suolo e il contenuto, ha poi analizzato la distribuzione degli alberi per tipo di fungo. Nella scoperta più significativa, Zhu è stato in grado di identificare distinte "firme" di azoto del suolo che hanno un impatto su suoli ed ecosistemi in modi che possono determinare la resilienza delle foreste al cambiamento climatico.

Nello specifico, i rapporti carbonio-azoto nel suolo aumentano con una maggiore dominanza dell'ECM, anche dopo aver tenuto conto del clima, tessitura del suolo, e azoto fogliare. Inoltre, La dominanza dell'ECM è più associata a un basso contenuto di azoto nel suolo piuttosto che a un alto contenuto di carbonio nel suolo.

"Questi risultati suggeriscono che gli alberi AM ed ECM hanno un successo differenziale lungo i gradienti di fertilità dell'azoto, o forse che gli alberi AM e ECM promuovono differenze nei tassi di ciclo di carbonio e azoto a causa di tratti associati all'acquisizione di azoto, " ha detto. "Entrambi i processi possono verificarsi contemporaneamente, portando a un feedback positivo pianta-suolo auto-rinforzante".

Le scoperte di Zhu suggeriscono che la gilda delle micorrize potrebbe essere un "tratto funzionale" emergente.

I tratti funzionali sono quelli che definiscono le specie in termini dei loro ruoli ecologici:come interagiscono con l'ambiente e con altre specie. Come tale, sono prevedibili e facilmente misurabili da terra o da satellite, il che li rende particolarmente preziosi per gli scienziati che stanno monitorando le risposte ambientali ai cambiamenti climatici. "Ci dicono come sta rispondendo l'ecosistema, " disse Zhu.

"Non ci sono ancora prove che le foreste orientali stiano spostando le loro aree geografiche a latitudini più elevate in risposta al riscaldamento delle temperature, " ha detto Zhu. "Ma capire come le relazioni tra micorrize influiscano sugli ecosistemi ci aiuterà a prevedere come le foreste risponderanno al cambiamento globale".

lo studio di Zhu, pubblicato in Giornale di ecologia , è uno dei primi a utilizzare il set di dati su larga scala dell'USDA per vedere come il cambiamento climatico sta influenzando l'ecosistema, un approccio noto come "top down" piuttosto che "bottom up".

Come scienziato ambientale quantitativo, Zhu porta gli strumenti della statistica e della scienza dei dati allo studio dell'ecologia globale. Piuttosto che misurare i tratti fungini nel terreno e aumentare le dimensioni, Zhu utilizza i dati esistenti, compresi i set di dati su larga scala generati dai satelliti, per esaminare modelli e processi che si svolgono su scala continentale e globale. "I big data stanno diventando sempre più popolari e potenti, " ha detto. "È diverso dalla ricerca tradizionale in ecologia, che si svolge in un laboratorio o sul campo."

Zhu, il cui background è in fisica e teoria dei sistemi, porta enorme urgenza al suo lavoro sul cambiamento climatico. La sua ricerca si concentra su quattro aree:ecosistemi forestali, prateria, suolo, e fenologia, che Zhu descrive come "il calendario della natura".

Zhu è determinato a dare un solido contributo in un campo in cui molte delle prove sono incomplete e poco convincenti.

"Sappiamo che l'ambiente sta cambiando, ma come influisce sulla Terra e sui suoi sistemi è una grande domanda, " ha detto. "Come scienziati, abbiamo la responsabilità di risolvere correttamente questo problema:è un problema importante per gli scienziati e per il pubblico in generale".