Pilzautobahnen sind riesig und doch unter der Erde verborgen

Unter unseren Füßen liegen einige der größten lebenden Organismen der Erde. Pilze sind meist unsichtbar und werden weitgehend übersehen, aber sie tragen zur Erhaltung der Ökosysteme und Nahrungsmittelsysteme bei, auf die wir täglich angewiesen sind.

In einer neuen globalen Studie haben Kollegen und ich die riesigen unterirdischen Netzwerke arbuskulärer Mykorrhizapilze der Erde kartiert. Diese Pilze sind für das bloße Auge unsichtbar und gehen Partnerschaften mit den Wurzeln der meisten Landpflanzen ein. Ihre Hyphen – fadenförmige Pilzfäden – erkunden Böden, die Wurzeln nicht erreichen können. Dies hilft Pflanzen dabei, Wasser und Nährstoffe im Austausch für Kohlenstoff aufzunehmen, der von den Pflanzen durch Photosynthese gebunden wird.

Diese Mykorrhiza-Beziehungen sind uralt, reichen mehr als 450 Millionen Jahre zurück und waren wahrscheinlich maßgeblich daran beteiligt, dass Pflanzen Land besiedeln konnten.

Diese neue Forschung liefert die erste globale Schätzung des schieren Ausmaßes dieser unterirdischen Pilznetzwerke. Wir haben herausgefunden, dass der Oberboden der Welt etwa 110 Billiarden Kilometer lebende Pilzfilamente enthält. Das ist fast eine Milliarde Mal so groß wie die Entfernung zwischen Erde und Sonne.

Mykorrhizapilze sind auch wichtige Akteure im Kohlenstoffkreislauf der Erde. Jedes Jahr leiten arbuskuläre Mykorrhizapilze schätzungsweise 3,12 Milliarden Tonnen CO₂-Äquivalent aus der Photosynthese der Pflanzen in den Boden und enthalten zusammen etwa 300 Megatonnen Kohlenstoff. Doch trotz ihres enormen Beitrags zum Funktionieren von Ökosystemen werden sie bei globalen Bewertungen der Artenvielfalt, der Kohlenstoffspeicherung und der Gesundheit von Ökosystemen nach wie vor weitgehend übersehen.

Kartierung des verborgenen Kreislaufsystems der Erde

Diese internationale Anstrengung war äußerst ehrgeizig. Wir haben Daten von Hunderten von Standorten auf allen Kontinenten gesammelt und dabei Feldbeobachtungen, ökologische Datensätze und Modellierungsansätze kombiniert, um die erste globale Schätzung darüber zu erstellen, wo arbuskuläre Mykorrhiza-Pilznetzwerke vorkommen und wie häufig sie vorkommen könnten.

Die Ergebnisse verdeutlichen, dass Grasland zu den wichtigsten Hotspots für unterirdisches Pilzleben gehört. Prärien, Steppen, Savannen und Feuchtgebiete beherbergen zusammen etwa 40 % der weltweit vorkommenden arbuskulären Mykorrhizapilze. Einige der dichtesten Konzentrationen wurden an Orten wie den Sudd-Feuchtgebieten im Südsudan, den Everglades Floridas und dem tibetischen Plateau gefunden. https://www.youtube.com/embed/L_x0L8ZxWd4?wmode=transparent&start=0 Wissenschaftler erklären, wie sie unterirdische Netzwerke aus Pilzfilamenten kartiert haben.

Dies stellt die Tendenz in Frage, sich bei der Diskussion über Kohlenstoffspeicherung sowie die Erhaltung und Wiederherstellung von Ökosystemen fast ausschließlich auf Bäume und Wälder zu konzentrieren. Grasland speichert dank seiner ausgedehnten Pilzpartnerschaften einen Großteil seines Kohlenstoffs unter der Erde und ist dadurch weniger anfällig für Störungen wie Waldbrände, Dürre und Sturmschäden.

Warum Pilznetzwerke für die Landwirtschaft wichtig sind

Die Auswirkungen der Erkenntnisse gehen weit über natürliche Ökosysteme hinaus. Arbuskuläre Mykorrhizapilze fungieren als unterirdische Erweiterungen pflanzlicher Wurzelsysteme. Dies macht sie zu potenziell wichtigen Verbündeten für eine nachhaltige Landwirtschaft der Zukunft.

Unsere Studie ergab jedoch, dass intensiv bewirtschaftete Ackerflächen fast die Hälfte der Pilzdichte aufweisen, die in vergleichbaren natürlichen Ökosystemen vorkommt. Praktiken wie intensive Bodenbearbeitung, übermäßiger Einsatz von Düngemitteln und der Einsatz von Fungiziden können diese Pilznetzwerke stören oder unterdrücken.

In Verbindung mit früheren Arbeiten, die zeigen, dass dieselben Praktiken auch die Mykorrhiza-Pilzvielfalt verringern, ergibt sich ein besorgniserregendes Bild: Die moderne Intensivierung der Landwirtschaft vereinfacht und verringert die Pilzgemeinschaften, die dazu beitragen, Böden fruchtbar, Pflanzen produktiv und Ökosysteme widerstandsfähig zu halten.

Wenn Pilzgemeinschaften zurückgehen, werden Böden oft stärker von externen Einträgen abhängig. Im Gegensatz dazu verbessern gesunde, vielfältige Pilznetzwerke den Nährstoffkreislauf, verbessern die Bodenstruktur, steigern die Pflanzenproduktivität und helfen ihnen, mit Umweltstress umzugehen. Der Schutz und die Wiederherstellung dieser Netzwerke könnten daher eine wichtige Rolle bei der Entwicklung widerstandsfähigerer und nachhaltigerer Landwirtschaftssysteme spielen.

Während diese Forschung einen wichtigen Meilenstein darstellt, ist sie auch der Beginn einer viel größeren wissenschaftlichen Forschungsanstrengung.

Das öffentliche Interesse an unterirdischen Pilznetzwerken führt manchmal zu der Behauptung, sie fungieren als „wood wide web“, in dem Bäume Nährstoffe austauschen, Warnsignale senden und sich gegenseitig aktiv unterstützen sollen. Aber diese Behauptungen übersteigen die verfügbaren Beweise. Während Pilznetzwerke zweifellos Pflanzen verbinden und den Ressourcenaustausch erleichtern, arbeiten Wissenschaftler immer noch daran, genau zu verstehen, wie diese Beziehungen unter realen Bedingungen funktionieren.

Unsere neue Studie liefert eine entscheidende Grundlage: die erste globale Karte darüber, wo sich diese Pilznetzwerke befinden und wie viele davon vorhanden sind. Um die Bodengesundheit zu verbessern, die Ernährungssicherheit zu stärken und die Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Klimawandel zu stärken, müssen wir dem Lebenserhaltungssystem unter unseren Füßen mehr Aufmerksamkeit schenken.

Katie Field, Professorin für Pflanzen-Boden-Prozesse, Universität Sheffield