Complex mycorrhiza-schimmelnetwerk in 3D, waarbij grijswaarden naar kleur zijn geconverteerd voor visueel contrast zodat verschillende kleuren verschillende posities vertegenwoordigen.

‘Handel werkt omdat we nu eenmaal in een wereld leven waarin alles ongelijk verdeeld is. We danken de evolutie van het leven op aarde aan handel’, aldus evolutiebioloog Toby Kiers van de Vrije Universiteit Amsterdam. Ze is leider van een onderzoeksteam dat nu met nanodeeltjes de ondergrondse handel zichtbaar weet te maken waarmee plantenwortels en schimmelnetwerken fosfaat uitwisselen (Current Biology, 6 juni). ‘We kunnen met kwantumdots de handel in nutriënten in real time zichtbaar maken’, aldus Kiers. Uit deze visualisaties blijkt dat schimmels gebruikmaken van ongelijkheid in aanbod door voedingstoffen actief te vervoeren naar delen van het netwerk waar planten bereid zijn er meer voor te betalen.

 

Uitwisseling
Eerder onderzocht Kiers al symbiotische relaties tussen stikstofbindende Rhizobium-bacteriën en vlinderbloemige planten. Nu ontwikkelde ze in samenwerking met het Amsterdamse Amolf-instituut een manier om uitwisselingen zichtbaar te maken die zich afspelen tussen wortelplantjes (Daucus carota) en de schimmel Rhizophagus irregularis. Die vormen samen ondergronds een mycorrhiza, waarbij de schimmels nutriënten aan de plant leveren en in ruil daarvoor koolhydraten en vetten krijgen van de plant. Deze uitwisseling via interne stromingen in het mycorrhizanetwerk was tot nu toe niet nauwkeurig te volgen, maar dat lukte nu wel door fosfor te merken met fluorescerende nanodeeltjes of kwantumdots. Ook zijn beeldtechnieken ontwikkeld om de overdracht van die kwantumdots naar gastheerwortels te kwantificeren en lasers gebruikt om te bepalen wanneer en waar de schimmel voedingstoffen in het netwerk opslaat.


Landschap
Door het schimmelnetwerk bloot te stellen aan verschillende concentraties voedingstoffen konden de onderzoekers in een kunstmatig landschap overvloed en schaarste nabootsen. ‘Het basale idee is dat je in het lab conflicten creëert en vervolgens analyseert hoe organismen die oplossen’, legt Kiers uit. ‘Worden rijken alleen maar rijker of is er sprake van overdracht van rijk naar arm.’ In de experimenten is zichtbaar dat beide partijen op strategische wijze proberen hun winst te maximaliseren. Maar wat de handelstactiek precies drijft, blijf vooralsnog een mysterie. Kiers: ‘Er is niet sprake van één marktmodel, maar van diverse en flexibele uitwisselingen, soms over een aanzienlijke afstand.

 

Elegant
In vervolgonderzoek wil Kiers onder meer onderzoeken hoe schimmels omgaan met een ‘economische crash in de natuur’, door het schimmelnetwerk door te snijden. Uiteindelijk hoopt ze met zulke experimenten meer inzicht te krijgen in de evolutionaire achtergronden van de symbiose tussen schimmels en planten, die al honderden miljoenen jaren bestaat. De ontwikkelde techniek om uitwisselingen in kaart te brengen, noemt de in tritrofe interacties gespecialiseerde Wageningse entomoloog Marcel Dicke ‘zeer elegant’. ‘Nu is de techniek gebruikt om de uitwisseling via het schimmelnetwerk te volgen’, zegt Dicke. ‘Als het ook lukt om met kwantumdots stoffen in planten te labelen, opent dat interessante mogelijkheden om ook de sapstromen tussen wortel, blad en vruchten te kwantificeren.’