A natureza está repleta de relações simbióticas, alguns dos quais ocorrem fora da vista, como a rica troca subterrânea de nutrientes que ocorre entre as árvores e os fungos do solo.

Mas o que acontece no escuro pode ter profundas implicações acima do solo, também:Um novo estudo importante revela que os fungos do solo podem desempenhar um papel significativo na capacidade das florestas de se adaptarem às mudanças ambientais.

Kai Zhu, professor assistente de estudos ambientais na UC Santa Cruz, fez uma abordagem única de "big data" para investigar o papel dos fungos simbióticos na migração de árvores nas florestas do leste dos Estados Unidos.

"Nosso clima está mudando rapidamente, e nossas florestas estão respondendo, mas em câmera muito lenta - dificilmente é detectável, "disse Zhu, que queriam identificar os fatores que contribuem para o ritmo dessa resposta.

Nas florestas, o crescimento da árvore depende muito dos nutrientes disponíveis no solo, enquanto a transferência de carbono através das raízes para o solo regula os processos do ecossistema. Os fungos micorrízicos ("MY-koe-RY-zull") crescem nas raízes da maioria das plantas e conduzem a troca de carbono-nutrientes entre as plantas e o solo:eles absorvem recursos de carbono de seus hospedeiros e fornecem os nutrientes do solo de que as plantas precisam. Os dois fungos mais comuns associados a árvores florestais são ectomicorrízicos (ECM), que crescem em coníferas, incluindo pinheiros, carvalhos, e faias, e arbuscular (AM), que crescem na maioria das não coníferas, como maples.

Zhu utilizou dados do programa de Inventário e Análise Florestal do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos para examinar como os níveis de carbono e nitrogênio do solo diferem entre povoamentos florestais caracterizados por árvores "dominantes AM" e árvores "dominantes ECM". Ele correlacionou a distribuição de árvores com fungos e conteúdo do solo, em seguida, analisou a distribuição das árvores por tipo de fungo. Na descoberta mais significativa, Zhu foi capaz de identificar "assinaturas" distintas de nitrogênio no solo que afetam os solos e os ecossistemas de maneiras que podem determinar a resiliência das florestas às mudanças climáticas.

Especificamente, as razões de carbono para nitrogênio do solo aumentam com maior dominância de ECM - mesmo depois de levar em conta o clima, textura do solo, e nitrogênio foliar. Além disso, A dominância da ECM está mais associada a baixo nitrogênio no solo do que alto carbono no solo.

"Essas descobertas sugerem que as árvores AM e ECM têm sucesso diferencial ao longo dos gradientes de fertilidade do nitrogênio, ou talvez que as árvores AM e ECM promovam diferenças nas taxas de ciclo de carbono e nitrogênio por causa de características associadas à aquisição de nitrogênio, "disse ele." Ambos os processos podem ocorrer simultaneamente, levando a um feedback positivo de auto-reforço da planta-solo. "

As descobertas de Zhu sugerem que a guilda micorrízica pode ser um "traço funcional" emergente.

Traços funcionais são aqueles que definem as espécies em termos de seus papéis ecológicos - como eles interagem com o meio ambiente e com outras espécies. Como tal, eles são previsíveis e facilmente medidos do solo ou por satélite, o que os torna particularmente valiosos para cientistas que monitoram as respostas ambientais às mudanças climáticas. "Eles nos dizem como o ecossistema está respondendo, "disse Zhu.

"Ainda não há evidências de que as florestas do leste estão mudando suas áreas geográficas para latitudes mais altas em resposta ao aquecimento das temperaturas, "disse Zhu." Mas entender como as relações micorrízicas impactam os ecossistemas nos ajudará a prever como as florestas responderão às mudanças globais. "

O estudo de Zhu, publicado no Journal of Ecology , é um dos primeiros a usar o conjunto de dados em grande escala do USDA para ver como as mudanças climáticas estão impactando o ecossistema, uma abordagem conhecida como "de cima para baixo" em vez de "de baixo para cima".

Como cientista ambiental quantitativo, Zhu traz as ferramentas da estatística e da ciência de dados para o estudo da ecologia global. Em vez de medir características de fungos no solo e aumentar sua escala, Zhu usa os dados existentes - incluindo conjuntos de dados em grande escala gerados por satélites - para observar os padrões e processos em execução nas escalas continental e global. "Big data está se tornando cada vez mais popular e poderoso, "disse ele." É diferente da pesquisa tradicional em ecologia, que ocorre em um laboratório ou no campo. "

Zhu, cuja formação é em física e teoria de sistemas, traz tremenda urgência para seu trabalho sobre mudança climática. Sua pesquisa se concentra em quatro áreas:ecossistemas florestais, pastagem, solo, e fenologia, que Zhu descreve como "calendário da natureza".

Zhu está determinado a fazer contribuições sólidas para um campo no qual muitas das evidências são incompletas e pouco convincentes.

"Sabemos que o ambiente está mudando, mas como isso afeta a Terra e seus sistemas é uma grande questão, "disse ele." Como cientistas, temos a responsabilidade de resolver esse problema corretamente - é um problema importante para os cientistas e para o público em geral. "