Hutan boreal mengandung beragam jamur endofit yang penting bagi kesehatan tanaman dan ketahanan ekosistem, dan penelitian baru mengungkapkan keanekaragaman hayati dan sensitivitas iklim yang unik, menekankan pentingnya memahami dan melestarikan jamur ini di tengah perubahan iklim.
Pohon cemara, pinus, cemara, dan jenis pohon lainnya mendominasi hamparan wilayah dingin yang membentang di Amerika Utara, Eropa utara, dan Rusia, membentuk sabuk sirkumpolar yang luas di seluruh dunia. Hutan boreal ini mewakili ekosistem terestrial terluas dan merupakan hutan paling utara di planet ini.
Jamur terletak di dalam jaringan pohon boreal yang bersifat fotosintetik atau pemakan cahaya – dan di dalam lumut mirip awan serta lumut berbulu yang menutupi tanah di antara keduanya – terdapat jamur. Jamur ini bersifat endofit, artinya mereka hidup di dalam tumbuhan, 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, Kehidupan, dan Ilmu Lingkungan serta 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 mereka sangat baik dalam melindungi tanaman dari penyakit dan membantu tanaman menjadi lebih tahan terhadap tekanan lingkungan. , seperti panas. Mereka telah 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, di bawah kepemimpinan François Lutzoni (kiri) dari Duke University dan Betsy Arnold dari UArizona. Kredit: Betsy Arnold
Lebih dari satu dekade yang lalu, Arnold dan timnya memulai petualangan selama sebulan jauh ke dalam hutan belantara di timur laut Kanada untuk memahami bagaimana jamur ini hidup. jenis diadaptasi di berbagai lingkungan mikro dan bagaimana dampaknya terhadap perubahan iklim di masa depan.
Mereka menemukan keragaman yang besar di antara jamur-jamur tersebut dan mereka beradaptasi dengan cara yang sangat spesifik terhadap kondisi lokalnya, yang menyiratkan bahwa mereka akan peka terhadap perubahan iklim di masa depan. Karena kesehatan jamur sangat erat kaitannya dengan kesehatan inangnya, temuan ini mempunyai implikasi terhadap kesehatan hutan boreal di masa depan dan planet kita 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 yang tidak dapat ditemukan di tempat lain.”
Cladonia, sejenis lumut, tumbuh dalam gumpalan putih hanya beberapa inci di atas hamparan lumut yang disebut Pleurozium. Seperti pohon cemara hitam (Picea) yang ikonik di sabuk boreal, mereka menampung beragam jamur endofit yang hidup secara simbiosis di dalam jaringan sehatnya. Kredit: Betsy Arnold
Setelah lebih dari satu dekade menganalisis, temuan mereka dipublikasikan di jurnal Biologi Saat Ini.
“Studi kolaboratif kami menyoroti keragaman bioma boreal jamur endofit yang baru ditemukan dan kepekaannya terhadap iklim,” kata rekan penulis studi Shuzo Oita, yang menyelesaikan studi doktoralnya di laboratorium Arnold dan sekarang menjadi ilmuwan peneliti di Sumitomo. Chemical Co., Ltd. “Endofit sering kali diabaikan karena terdapat pada jaringan tanaman yang sehat, namun peranannya terhadap keanekaragaman hayati dan ekosistem baru-baru ini terungkap.”
Terbang mencari jamur
Mengumpulkan data untuk sampai pada kesimpulan ini merupakan upaya besar yang mengharuskan Arnold dan rekan-rekannya melakukan beberapa kerja lapangan paling intens dalam hidupnya, katanya.
Selama sebulan selama musim panas 2011, tim tersebut mengontrak seorang pilot ahli “untuk mengakses tempat-tempat yang tidak dilalui jalan raya,” kata Arnold. Tim beranggotakan enam orang melintasi hutan boreal selatan Kanada hingga ke tepi tundra Arktik, mendaratkan pesawat pelampung mereka di danau di sepanjang perjalanan.
Betsy Arnold dan timnya mengakses daerah terpencil di hutan boreal di Amerika Utara bagian timur dengan menggunakan pesawat apung. Pemandangan dari jendela memperlihatkan pohon-pohon cemara yang tumbuh dari hamparan lumut dan lumut, dan danau tempat para peneliti akan mendarat. Kredit: Betsy Arnold
Tiga puluh enam kali mereka lepas landas dan mendarat di antara danau-danau terpencil yang menghiasi lanskap. Biasanya, mereka menghabiskan waktu sekitar enam hingga 24 jam di setiap lokasi sampel.
Pada siang hari, mereka mengumpulkan daun-daun pohon cemara yang sehat serta lumut dan lumut segar dari tanah, lalu menyimpan harta ilmiah mereka dalam kantong zip-close saat mereka pergi. Mereka juga mengebor inti cincin pohon, dengan harapan dapat mengungkap masa lalu mereka, seperti usia dan paparan api. Mereka juga mengukur berbagai karakteristik hutan untuk memahami keragaman tanaman di seluruh lanskap.
Pada malam hari, saat cahaya utara bersinar di atas kepala, mereka memproses sampelnya di laboratorium portabel di dalam tempat pilot. Mereka mensterilkan permukaan jaringan segar untuk mempersiapkannya DNA ekstraksi dan mengisolasi kultur jamur untuk memvisualisasikan dan mendokumentasikan strain yang hidup dalam sampelnya.
“Kami sering bekerja hingga jam 2 atau 3 pagi dan tidur beberapa jam sebelum terbang ke lokasi berikutnya,” kata Arnold. Hari-hari yang melelahkan membuahkan hasil: “Dalam dunia jamur, satu jam kerja lapangan adalah satu tahun karakterisasi dan satu dekade analisis potensi. Dan hanya dalam waktu beberapa minggu, kami berhasil mengatasi banyak hal.”
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 luasnya tetapi hanya mewakili sedikit perubahan iklim, kata Arnold. Mereka secara strategis mengambil sampel dalam dua dimensi ini untuk memastikan bahwa perbedaan keanekaragaman hayati jamur benar-benar 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 keanekaragaman hayati jamur utama di Barat Daya. Karyanya di bioma boreal adalah bagian dari cakupan penelitian global, keterlibatan mahasiswa, dan kemitraan di seluruh dunia, yang menjangkau 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 ini menemukan bahwa secara umum, kehidupan menjadi lebih beragam di dekat garis khatulistiwa, kata Arnold. Misalnya, bagi banyak kelompok organisme, organisme yang berada di hutan hujan tropis memiliki keanekaragaman hayati yang lebih tinggi dibandingkan organisme yang hidup di tundra Arktik.
Ternyata tidak sesederhana itu jika menyangkut jamur di zona 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 penulis utama Jana U’Ren, yang menyelesaikan pekerjaan doktoralnya dan melakukan analisis laboratorium untuk proyek ini sebagai ilmuwan pascadoktoral dengan Arnold sebelum pindah ke Washington State University. “Artinya kita perlu melindungi tanaman Dan jamur endofit mereka tersebar di seluruh bioma boreal, dan tidak hanya di satu lokasi, atau kita berisiko kehilangan keanekaragaman hayati penting dan jamur pelindung di hutan-hutan penting ini.”
Arnold berpendapat bahwa ketergantungan jamur endofit terhadap iklim tertentu mencerminkan proses ko-evolusi dengan inangnya – atau “penelitian dan pengembangan,” seperti yang ia katakan – ketika tanaman menemukan pasangan endofit yang ideal dan berkembang meskipun ada tekanan berbeda yang dihadapi tanaman. di lanskap utara yang keras ini.
“Endofit ditemukan di seluruh dunia, namun terdapat jenis-jenis yang berbeda di lingkungan yang berbeda. Kami berpendapat bahwa simbiosis dengan endofit merupakan salah satu 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 artian kami mencoba mencari tahu siapakah endofit tersebut, dan bagaimana distribusinya, serta bagaimana mereka dapat berubah seiring dengan perubahan iklim.”
Dia berharap penelitian di masa depan dapat memperkuat temuan mereka.
“Apa yang kami ketahui adalah bahwa kita kehilangan keanekaragaman hayati ketika hutan-hutan tersebut berubah, 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 ini bersama Arnold, setuju.
“Ini adalah salah satu penelitian lapangan paling rumit yang pernah saya lakukan, namun juga salah satu pengalaman penelitian paling menggembirakan yang pernah saya alami,” kata Lutzoni. “Mendokumentasikan keanekaragaman hayati di dunia yang terus berubah adalah penelitian yang penting. Spesimen yang kami kumpulkan disimpan di herbaria dan oleh karena itu memiliki nilai abadi untuk memahami bagaimana spesies, distribusinya, gennya, dan ekosistem yang dihuninya berubah seiring waktu. Pada gilirannya, cara terbaik bagi herbaria untuk melayani komunitas ilmiah adalah dengan diintegrasikan 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 menyimpan keanekaragaman endofit yang tak terduga, begitu pula tanaman di Arizona,” kata Arnold. “Langkah kami selanjutnya adalah memanfaatkan endofit yang kaya dan kuno ini sebagai alat untuk membantu tanaman tumbuh subur. Pada akhirnya, kami berharap bahwa dengan memahami jamur-jamur ini pada skala global, kita tidak hanya dapat memetakan masa lalu dan masa depan dari elemen kunci keanekaragaman hayati planet kita, namun kita juga dapat memanfaatkan jamur-jamur yang ada di wilayah kita untuk membuat tanaman tumbuh subur dengan keterbatasan air dan air. kenaikan suhu. Anda mungkin mengatakan bahwa masa depan adalah jamur.”
Referensi: “Pendorong lingkungan dan titik-titik keanekaragaman hayati yang samar menentukan endofit dalam bioma terestrial terbesar di Bumi” oleh Jana M. U’Ren, Shuzo Oita, François Lutzoni, Jolanta Miadlikowska, Bernard Ball, Ignazio Carbone, Georgiana May, Naupaka B. Zimmerman, Valle Denis , Valerie Trouet dan A. Elizabeth Arnold, 16 Februari 2024, Biologi Saat Ini.
DOI: 10.1016/j.cub.2024.01.063
Rekan penulis lainnya adalah Jolanta Miadlikowska dari Duke University, Bernard Ball dari University College Dublin dan Duke University, Ignazio Carbone dari Universitas Negeri Carolina UtaraGeorgiana 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 National Science Foundation yang disebut Dimensi Keanekaragaman Hayati.
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
