Het mysterie van de mycorrhiza's

Biodiversiteit onder de grond is een spannend onderzoeksgebied voor biologen. Hier stelen schimmels de show. ‘Schimmelnetwerken zijn de koraalriffen van onder de grond.’

Tekst: Paul Q de Vries

Een schimmel die mensen verandert in moorddadige paddenstoelzombies. Hun enige doel: andere mensen infecteren. De HBO-serie The Last of Us is geïnspireerd op de cordyceps. Deze schimmel groeit in insecten en neemt volledig de controle over de gastheer over. Een mens als gastheer is – gelukkig – de artistieke vrijheid van de makers.

Met The Last of Us hebben schimmels hun definitieve doorbraak gemaakt naar een groot publiek. Die ontwikkeling was al langere tijd gaande. Op Netflix is de film Fantastic Fungi te zien. Hij gaat net zoveel over schimmels als over de groeiende subcultuur van fungi-fanaten die geïnteresseerd zijn in de geneeskundige en psychedelische eigenschappen van schimmelsoorten. In 2020 verscheen Entangled Life van de Britse bioloog Merlin Sheldrake (in het Nederlands uitgebracht als Verweven Leven). Het boek staat vol verhalen over schimmels die rondwormen vangen met lasso’s, schimmels die plastic eten en schimmels die communiceren zonder mond en informatie verwerken zonder brein. Het boek werd een bestseller. Schimmels staan dus in de spotlights – en wat we zien is verbluffend.

Grandioze symbiose

Schimmels zijn geen planten en geen dieren. In de taxonomie – de wetenschap die soorten organismen ordent – krijgen ze hun eigen rijk. Wat wij paddenstoelen noemen, zijn de vruchtlichamen van schimmels die bovengronds verschijnen om sporen te verspreiden. Van alle bijzondere verrichtingen van schimmels heeft de vorming van mycorrhiza’s de meeste impact.

Een mycorrhiza is een netwerk van samenwerkende schimmels en plantenwortels. Planten maken suikers uit fotosynthese en brengen koolstof het netwerk in, schimmels leveren mineralen als fosfor en stikstof van onder de grond. Deze grandioze symbiose is meer dan 400 miljoen jaar geleden begonnen en heeft de opmars van planten mogelijk gemaakt. En daarmee het leven op aarde zoals wij dat kennen. Niet verwonderlijk dus dat wetenschappers druk bezig zijn de mysteries van de mycorrhiza’s te bestuderen. Velen van hen zijn aangesloten bij Society for the Protection of Underground Networks (SPUN), een organisatie die overal op de wereld onderzoek doet. Van India tot Armenië en van Guatemala tot de Palmyra-atol middenin de Stille Oceaan.

Schimmels zouden opgenomen moeten worden in natuurbeschermingsbeleid

‘We doen zelfs onderzoek naar schimmels op de groene daken van bushaltes in Utrecht’, zegt Toby Kiers, hoogleraar Evolutiebiologie aan de Vrije Universiteit in Amsterdam en medeoprichter en directeur van SPUN. Kiers kwam op haar negentiende als biologiestudent voor het eerst in aanraking met schimmels en ze hebben haar nooit meer losgelaten. ‘Er is zoveel wat we nog niet weten over schimmels en het ondergrondse leven. We hebben echt een soort NASA nodig voor onder de grond. Een kwart van al het leven – dieren, planten, schimmels – leeft onder de grond. Het bodemleven vormt de basis van ecosystemen. Van de levende biomassa in de bodem bestaat 20 à 30 procent uit mycorrhiza. Je zou ze de koraalriffen van onder de grond kunnen noemen.’

Bodemtransplantaties

Wat willen de onderzoekers te weten komen? Nou bijvoorbeeld hoe mycorrhiza-netwerken reageren op klimaatverandering. Maar vooral ook: welke rol spelen ze in het tegengaan van klimaatverandering? ’Mycorrhiza’s zijn essentieel in de koolstofcyclus. Ze beïnvloeden hoeveel koolstof onder de grond wordt gebracht’, zegt Kiers. ‘Dat heeft direct invloed op de hoeveelheid koolstof in de atmosfeer en dus op het klimaat. Daarnaast willen we weten waar de biodiversiteit-hotspots zijn van deze netwerken. Dat is niet per se op de plekken waar de biodiversiteit boven de grond hoog is. Tot slot onderzoeken we welke rol de netwerken in de cyclus van voedingsstoffen spelen.’

Dat laatste is van groot belang voor onze landbouw. ‘Zo’n 80 procent van alle voedingsstoffen voor planten gaat eerst door het schimmelnetwerk. Maar in Nederland is er inmiddels zo veel stikstof in omloop dat planten het gewoon via het regenwater binnenkrijgen. Ze hebben dan de samenwerking met schimmels veel minder nodig en staan minder koolstof af aan het netwerk. Zo komt een miljoenen jaren oude symbiose in gevaar.’

Ook als we nadenken over de transitie van intensieve naar regeneratieve landbouw komen we al snel bij de schimmels uit, bijvoorbeeld als we gedegradeerde landbouwgrond willen helpen herstellen. ‘We bestuderen nu de mogelijkheden van bodemtransplantaties: grond met een gezond ecosysteem van schimmels, bacteriën en insecten wordt overgebracht om verarmde, vergiftigde grond te vervangen. Een van de belangrijkste aandachtspunten is dat we niet overal dezelfde samenstelling van bodems krijgen. Dan zouden we onder de grond dezelfde monocultuur krijgen als op de akkers boven de grond.’

Bescherming van schimmels

De wetenschappers van SPUN onderzoeken niet alleen de schimmelnetwerken, maar willen ze ook beschermen. Want net zoals de natuur boven de grond, wordt ook de biodiversiteit onder de grond bedreigd. ‘Door uitbreiding van de intensieve landbouw, verstedelijking, ontbossing en vervuiling’, somt Kiers op. Wetenschappers en activisten van over de hele wereld zijn het Fauna Flora Fungainitiatief gestart, om te bepleiten dat schimmels vergelijkbare wettelijke bescherming krijgen als dieren en planten.

Zouden natuurbeschermingsorganisaties als WWF zich ook meer op schimmelnetwerken moeten richten? ‘Ja!’, zegt Kiers volmondig. ‘Schimmels zouden opgenomen moeten worden in natuurbeschermingsbeleid. Wij kunnen helpen door de data te leveren die nodig zijn. Samenwerken met bijvoorbeeld WWF staat op de to-dolijst van SPUN.’

Het werk van Toby Kiers is niet onopgemerkt gebleven. Afgelopen zomer ontving ze de Spinozaprijs voor ‘voortreffelijk en baanbrekend onderzoek’ – als jongste wetenschapper ooit. Ook was ze te zien in de film Onder het Maaiveld, over de wereld onder onze voeten. En in 2022 werd ze opgenomen op de Time 100 Nextlijst van opkomende sterren die de ‘toekomst van wetenschap, gezondheidszorg, entertainment, sport of politiek bepalen’. ‘Het was een bijzondere ervaring om tussen zoveel beroemdheden te staan. Het mooiste is wel dat het laat zien dat je creatief kunt zijn in de wetenschap en dat wetenschappelijke kennis voor zoveel mensen aansprekend kan zijn.’

Gezicht in de modder

Kiers vraagt zich soms wel af of schimmels ons hoofd inmiddels niet een beetje te veel op hol laten slaan. ‘De New York Times had onlangs de kop: “Can hidden fungal networks help save earthly existence?” Dat is nogal wat. Het ging met name over hun rol in de koolstofcyclus en hoe ze kunnen helpen de klimaatcrisis te beteugelen. Ik snap dat het spannend is om zulke hoge verwachtingen te hebben, maar wetenschappers zijn graag een stuk voorzichtiger in hun statements dan de media. Het gevaar is dat doorbraken op zich laten wachten, zodat mensen ongeduldig worden en het belang van schimmels weer vergeten. Wetenschappers hebben gewoon de tijd nodig om met data te komen waar we ons voordeel mee kunnen doen.’

Bioloog Merlin Sheldrake schreef in zijn boek Verweven Leven dat schimmels hem op een andere manier laten kijken naar het leven op aarde. Kiers deelt in die opwinding. ‘We ontdekken een heel nieuw rijk. Allerlei processen gaan bij de schimmels anders dan we gewend waren. We hebben bijvoorbeeld beelden kunnen maken van voedingsstoffen die twee kanten tegelijk opstromen in zo’n schimmelnetwerk. We wisten niet eens dat dit kon!’

Veel mensen die zich in schimmels verdiepen, ontdekken dat het leven nog veel meer vervlochten en verbonden is dan we dachten. Kiers: ‘Voor mij zit dat vooral in de schaal. Ik lig een groot gedeelte van de dag met mijn gezicht in de modder om de kleinste organismen te bestuderen. Schimmels, soms schimmels die leven op andere schimmels, of bacteriën op de organellen van een cel. Vaak microscopisch kleine levensvormen die ondertussen wel betrokken zijn bij wereldwijde processen: klimaat, bewegingen van voedingsstoffen, de cycli in hele ecosystemen. In mijn werk ben ik de ene helft van de dag bezig op microniveau en de andere helft op macroniveau. Dat is buitengewoon fascinerend.’