Schimmelnetwerken groeien in golven

Microscopieafbeelding van een mycorrhiza-schimmel die een symbiotische relatie vormt met plantenwortels. Contrastkleuren toegevoegd. Credits: Loreto Oyarte Galvez (VU/AMOLF).

Mycorrhizaschimmels groeien in voorspelbare en golfachtige patronen.

Ondergrondse schimmelnetwerken groeien voorspelbaar en efficiënt: met relatief kleine koolstofinvesteringen overbruggen mycorrhiza voedingsarme stukken bodem via zogeheten ‘golven van groei’. Daarbij groeien de uiteinden van de schimmeldraden in pulsen, met in hun kielzog mycelium dat fosfor opneemt. Dat schrijft een internationale groep onderzoekers – onder wie biologen van de Vrije Universiteit en Amolf onder leiding van evolutiebioloog Toby Kiers – 26 februari in Nature. De schimmelnetwerken lijken zo doorgaans exploratie te prefereren boven lokale groei. Daardoor neemt de kans toe op het vinden van nieuwe bronnen van fosfor en planten om mee samen te werken.

Ruilhandel
De symbiose waarbij schimmeldraden voedingsstoffen transporteren naar plantenwortels in ruil voor koolstof is al zeker 450 miljoen jaar oud. Hoewel zo’n 70 procent van alle planten en bomen wereldwijd zo’n symbiotische relatie met arbusculaire mycorrhizaschimmels aangaat, is het nog grotendeels onduidelijk hoe de ondergrondse netwerken groeien en complexe netwerken vormen.

Robot
De biologen proberen daar verandering in te brengen door de constructie van een mycorrhiza-netwerk te volgen, in realtime. Daartoe ontwerpen ze een robot die in het lab elke twee uur een foto maakt van de groei van drie schimmels – Rhizophagus irregularis , R. irregularis en R. aggregatum – rond de wortels van wilde peen ( Daucus carota ). Dat resulteert in een time-lapse van grofweg vijfhonderdduizend groeiende schimmeldraaduiteinden. Ook meten de onderzoekers binnen het netwerk zo’n honderdduizend plasmastromingen, de intercellulaire beweging van het cytoplasma. Die stromingen vormen de snelwegen waarlangs het netwerk voedingsstoffen transporteert.

Uit dat laatste blijkt dat de schimmels tijdens de bouw van hun netwerk het transport van voedingstoffen van en naar hun gastheer op meerdere manieren ondersteunen of verbeteren. Enerzijds maken ze hun schimmeldraden wijder, analoog aan het verbreden van een snelweg, anderzijds vergroten ze de snelheid van de plasmastromen zelf. Tot slot blijken de netwerken ook continu nieuwe wegen aan te leggen om de afstand met gastheren te verkorten.

Energetisch gunstig
‘De golfachtige beweging waarmee de mycorrhiza groeit is energetisch gunstig voor schimmel én plant’, licht eerste auteur en Amolf-bioloog Corentin Bisot toe. ‘De hoeveelheid koolstof die de schimmels investeren in de infrastructuur voor het winnen van fosfor, is doorgaans lager wanneer ze exploratie prioriteren boven lokaal in dichtheid toenemen. Bovendien neemt de kans op nutriënttekorten af, doordat ze sneller nieuwe bronnen van fosfor aanboren. Ook komen ze eerder in aanraking met nieuwe planten om mee samen te werken. Een win-winsituatie dus.’