Hutan boreal mengandung beragam jamur endofit yang penting bagi kesehatan tanaman dan ketahanan ekosistem, dengan penelitian baru yang mengungkapkan keunikan keanekaragaman hayati dan sensitivitas iklim serta menyoroti pentingnya memahami dan melestarikan jamur ini di tengah perubahan iklim.
Pohon cemara, pinus, cemara, dan jenis pohon lainnya mendominasi kawasan dingin yang membentang di Amerika Utara, Eropa utara, dan Rusia, membentuk sabuk sirkumpolar yang luas di seluruh dunia. Hutan boreal ini mewakili ekosistem terestrial terbesar dan merupakan hutan paling utara di planet ini.
Jamur terletak di dalam jaringan pohon boreal yang bersifat fotosintesis atau pemakan cahaya—dan di dalam banyak lumut mirip awan dan lumut bulu yang menutupi tanah di antara pohon-pohon tersebut—adalah jamur. Jamur ini bersifat endofit, artinya mereka hidup di dalam tanaman, seringkali dalam lingkungan yang saling menguntungkan.
“Menjadi tumbuhan berarti hidup di dunia jamur,” kata Betsy Arnold, seorang profesor di Fakultas Ilmu Tanaman di Fakultas Pertanian, Ilmu Hayati dan Lingkungan dan di Departemen Ekologi dan Biologi Evolusioner di Fakultas Sains. . dan anggota Institut Bio5. Jamur endofit sangat penting bagi kesehatan tanaman dengan cara yang belum sepenuhnya dipahami, namun apa yang kita ketahui dari jamur endofit secara umum adalah bahwa jamur endofit sangat baik dalam melindungi tanaman dari penyakit dan membantu tanaman agar lebih tahan terhadap tekanan lingkungan. , seperti panas. Mereka menjadi bagian dari revolusi penting dalam pemikiran kita tentang tanaman.”
Tim terbang dari danau ke danau dengan DeHavilland Otter dengan pilot ahli Jacques Bérubé (tengah) yang menyediakan akses ke lokasi terpencil untuk tim lapangan proyek, dipimpin bersama oleh François Lutzoni dari Duke University (kiri) dan Betsy Arnold dari UArizona. Kredit: Betsy Arnold
Lebih dari satu dekade yang lalu, Arnold dan timnya memulai petualangan selama sebulan jauh di dalam hutan belantara di timur laut Kanada untuk memahami bagaimana spesies jamur ini beradaptasi di lingkungan mikro yang berbeda dan bagaimana mereka dapat menghadapi perubahan iklim di masa depan.
Mereka menemukan keragaman yang besar di antara jamur dan beradaptasi dengan cara yang sangat spesifik terhadap kondisi lokalnya, yang berarti mereka sensitif terhadap perubahan iklim di masa depan. Karena kesehatan jamur sangat erat kaitannya dengan kesehatan inangnya, temuan ini mempunyai implikasi terhadap kesehatan hutan boreal dan planet kita di masa depan secara keseluruhan.
“Hutan Boreal merupakan pusat siklus karbon dan air di planet kita,” kata Arnold. “Dan penelitian kami menyoroti bahwa mereka adalah rumah bagi beberapa jamur endofit yang paling beragam secara evolusioner di dunia—endofit tidak ditemukan di tempat lain.”
Cladonia, sejenis lumut, tumbuh dalam berkas putih hanya beberapa sentimeter di atas hamparan lumut yang disebut Pleurozium. Seperti pohon cemara hitam (Picea) yang ikonik di sabuk boreal, tanaman ini mengandung berbagai jamur endofit yang hidup secara simbiosis di jaringan sehatnya. Kredit: Betsy Arnold
Setelah lebih dari sepuluh tahun dianalisis, temuan mereka dipublikasikan dalam jurnal Biologi Kontemporer.
“Studi bersama kami telah menyoroti keragaman bioma boreal jamur endofit yang baru ditemukan dan sensitivitasnya terhadap iklim,” kata rekan penulis studi Shuzo Oita, yang menyelesaikan studi pascadoktoralnya di laboratorium Arnold dan sekarang menjadi ilmuwan peneliti di Sumitomo. . Kimia Co., Ltd. “Endofit sering kali diabaikan karena ditemukan di jaringan tanaman yang sehat, namun peran pentingnya bagi keanekaragaman hayati dan ekosistem baru-baru ini terungkap.”
Terbang mencari jamur
Mengumpulkan data untuk mencapai kesimpulan ini merupakan upaya besar yang mengharuskan Arnold dan rekan-rekannya melakukan penelitian lapangan paling intensif dalam hidupnya, katanya.
Selama sebulan di musim panas tahun 2011, tim tersebut mengontrak seorang pilot ahli “untuk memiliki akses ke tempat-tempat yang tidak dilalui jalan raya,” kata Arnold. Tim beranggotakan enam orang ini melintasi hutan boreal selatan Kanada hingga ke tepi tundra Arktik, dan mendaratkan pesawat pelampung mereka di danau sepanjang perjalanan.
Betsy Arnold dan timnya menggunakan pesawat apung untuk mencapai daerah terpencil di hutan boreal di bagian timur Amerika Utara. Pemandangan dari jendela memperlihatkan pohon-pohon cemara yang tumbuh di hamparan lumut dan lumut serta danau tempat para penjelajah akan mendarat. Kredit: Betsy Arnold
Tiga puluh enam kali mereka lepas landas dan mendarat di antara danau-danau jauh yang menghiasi lanskap. Mereka biasanya menghabiskan waktu sekitar 6 hingga 24 jam di setiap lokasi sampel.
Pada siang hari, mereka mengumpulkan daun-daun cemara yang sehat serta lumut dan lumut segar dari tanah, lalu menyimpan harta ilmiah mereka dalam kantong ziplock saat mereka bepergian. Mereka juga mengebor inti lingkaran pohon dengan harapan mengungkap masa lalu mereka, seperti usia dan paparan terhadap kebakaran hutan. Mereka juga mengukur berbagai karakteristik hutan untuk memahami keragaman tanaman di seluruh lanskap.
Pada malam hari, dengan aurora yang beterbangan di atas kepala, mereka memproses sampelnya di laboratorium portabel di tempat pilot. Mereka mensterilkan permukaan jaringan segar untuk mempersiapkan ekstraksi DNA dan mengisolasi kultur jamur untuk memvisualisasikan dan mendokumentasikan strain yang hidup dalam sampel mereka.
“Kami sering bekerja hingga jam 2 atau 3 pagi dan tidur beberapa jam sebelum terbang ke lokasi berikutnya,” kata Arnold. Hari-hari yang panjang membuahkan hasil: “Di dunia jamur, satu jam kerja lapangan adalah satu tahun karakterisasi dan satu dekade analisis potensi. Dan kami telah membahas banyak hal hanya dalam beberapa minggu.”
Saat mereka melakukan perjalanan dari wilayah selatan yang lebih hangat ke wilayah utara yang lebih dingin, mereka mengulangi pengambilan sampel dengan interval sekitar 100 mil.Mereka juga mengambil sampel di sepanjang garis lintang yang sama besarnya tetapi hanya mewakili sedikit perubahan iklim, kata Arnold. Mereka mengambil sampel secara strategis berdasarkan dua dimensi ini untuk memastikan bahwa perbedaan keanekaragaman hayati jamur memang disebabkan oleh perbedaan lingkungan, bukan hanya jarak. Bersama-sama, mereka terbang hampir 1.500 mil dengan DeHavilland Otter, yang merupakan rumah mobil mereka, sering kali berbagi ruang perjalanan dengan tangki bahan bakar tambahan.
Betsy Arnold adalah profesor di Fakultas Ilmu Tanaman dan kurator Herbarium Mikologi Gilbertson, koleksi utama keanekaragaman hayati jamur di Barat Daya. Karyanya di bioma boreal adalah bagian dari penelitian global, keterlibatan mahasiswa, dan kemitraan global yang mencakup mulai dari Afrika bagian selatan dan Amerika Selatan hingga Arktik. Kredit: Jolanta Miadlikowska
Penelitian terdahulu telah meneliti korelasi antara keanekaragaman hayati dan garis lintang, yang sering digunakan sebagai ukuran iklim. Studi-studi tersebut menemukan bahwa, secara umum, kehidupan menjadi lebih beragam di dekat garis khatulistiwa, kata Arnold. Misalnya, bagi banyak kelompok organisme, organisme di hutan hujan tropis lebih beragam secara biologis dibandingkan organisme di tundra Arktik.
Ternyata tidak sesederhana itu jika menyangkut jamur boreal.
“Kami menunjukkan bahwa komunitas jamur boreal tidak selalu berubah seiring iklim dengan cara yang dapat diprediksi seperti komunitas tumbuhan. Sebaliknya, pengaruh iklim terhadap jamur ini sangat bergantung pada spesies jamur dan inangnya,” kata rekan penulis Jana U’Ren, yang menyelesaikan gelar PhD dan melakukan analisis laboratorium untuk proyek ini sebagai rekan pascadoktoral. Arnold sebelum pindah ke Washington State University. “Artinya kita harus melindungi tanaman Dan jamur endofit mereka tersebar di seluruh bioma boreal, dan tidak hanya di satu tempat, jika tidak, kita berisiko kehilangan keanekaragaman hayati penting dan jamur pelindung di hutan-hutan penting ini.”
Arnold percaya bahwa ketergantungan jamur endofit terhadap iklim mencerminkan proses ko-evolusi dengan inangnya—atau disebutnya “penelitian dan pengembangan”—saat tanaman menemukan pasangan endofit yang ideal dan tumbuh subur meskipun tanaman menghadapi tekanan yang signifikan. . di lanskap Nordik yang keras ini.
“Endofit ditemukan di seluruh dunia, namun terdapat jenis-jenis yang berbeda di lingkungan yang berbeda. Kami pikir simbiosis dengan endofit merupakan bagian dari cara tanaman mengatasi tantangan lingkungan dalam skala global – yaitu dengan mitra jamur internalnya,” kata Arnold. “Tidak banyak informasi tentang apa yang sebenarnya dilakukan oleh suatu endofit pada suatu tanaman. Jadi penelitian kami sangat mendasar dalam arti kami mencoba mencari tahu siapakah kelompok endofit ini dan bagaimana distribusinya serta bagaimana mereka dapat berubah seiring dengan perubahan iklim.
Dia berharap penelitian di masa depan dapat mengembangkan temuan mereka.
“Apa yang kami ketahui adalah bahwa kita kehilangan keanekaragaman hayati seiring dengan perubahan hutan, dan kita belum mengetahui apa saja elemen-elemen fungsional utamanya,” katanya.
Kolaborator François Lutzoni, seorang profesor biologi di Duke University dan salah satu arsitek penelitian bersama Arnold, setuju.
“Ini merupakan penelitian lapangan paling rumit yang pernah saya lakukan, namun juga salah satu pengalaman penelitian paling menarik yang pernah saya alami,” kata Lutzoni. “Penelitian sangat penting untuk mendokumentasikan keanekaragaman hayati di dunia yang terus berubah. Spesimen yang kami kumpulkan disimpan di herbarium dan oleh karena itu memiliki nilai abadi untuk memahami bagaimana spesies, distribusinya, gen, dan ekosistem yang dihuninya berubah seiring waktu. Cara terbaik agar herbarium dapat melayani komunitas ilmiah adalah melalui integrasi dengan laboratorium penelitian di universitas kelas dunia.”
Dengan pola pikir ini, Arnold kini berupaya memanfaatkan endofit Arizona yang ditanam di dalam negeri untuk meningkatkan ketahanan tanaman di dunia yang terus berubah ini.
“Sama seperti hutan boreal yang mengandung keanekaragaman endofit yang tak terduga, begitu pula tanaman di Arizona,” kata Arnold. “Langkah kami selanjutnya adalah memanfaatkan endofit yang melimpah dan kuno ini sebagai alat untuk membantu tanaman tumbuh subur. Pada akhirnya, kami berharap bahwa dengan memahami jamur-jamur ini dalam skala global, kita tidak hanya dapat memetakan masa lalu dan masa depan dari elemen kunci keanekaragaman hayati planet kita, namun juga memanfaatkan jamur-jamur yang ada di wilayah kita untuk membantu tanaman tumbuh subur dengan terbatasnya air dan kenaikan suhu. . Bisa dibilang masa depan adalah jamur.’
Referensi: “Pendorong lingkungan dan titik rawan keanekaragaman hayati menentukan endofit dalam bioma terestrial terbesar di Bumi” oleh Jan M. U’Ren, Shuzo Oita, François Lutzoni, Jolanta Miadlikowska, Bernard Ball, Ignazio Carbone, Georgiana May, Naupaka B. Zimmerman, Denis Valle, Valerie Trouet dan A. Elizabeth Arnold, 16 Feb 2024, Biologi Terkini.
DOI: 10.1016/j.cub.2024.01.063
Rekan penulis tambahan adalah Jolanta Miadlikowska dari Duke University, Bernard Ball dari University College Dublin dan Duke University, Ignazio Carbone dari North Carolina State University, Georgiana May dari University of Minnesota, Naupaka B. Zimmerman dari University of San Francisco, Denis Valle dari Universitas Florida dan Valerie Trouet dari Laboratorium Penelitian Cincin Pohon Universitas Arizona.
Penelitian ini didanai melalui inisiatif Dimensi Keanekaragaman Hayati National Science Foundation.
+ There are no comments
Add yours