Amico o nemico? Antico sodalizio tra muschio e funghi

No, non la macchia di erba marrone che fa capolino attraverso un cumulo di neve, o gli acri di alberi con i loro rami e rami spogli, in attesa della primavera.

Guarda in basso e scoprirai che l’unico verde visibile è proprio sotto il tuo stivale: un rigoglioso tappeto di muschi.

Per Björn Hamberger, un James K. Billman Jr., MD, professore dotato presso il Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare dell’Università di Scienze Naturali, questa tenacità per tutto l’anno è motivo di ammirazione.

“Ciò dà un’idea di quanto siano resistenti questi organismi, ed è probabilmente uno dei motivi per cui i muschi sono rimasti in giro e non sono andati perduti nel corso dell’evoluzione”, ha detto Hamberger.

Ma è anche un punto di partenza per una ricerca con una portata che abbraccia eoni, dall’antica Terra al futuro dell’umanità nello spazio. Apparendo in Il diario delle piante, L’ultimo articolo del laboratorio Hamberger cerca di comprendere meglio come i muschi e altre piante hanno conquistato il nostro pianeta e come, per farlo, potrebbero aver ottenuto l’aiuto tanto necessario dai funghi, loro collaboratori di lunga data.

Dalla Terra primordiale al futuro Marte

I muschi compirono la transizione verso la terraferma 450 milioni di anni fa durante il periodo Ordoviciano, un processo che Hamberger sospetta non avrebbe potuto avere successo senza un po’ di lavoro di squadra.

Quando i muschi sono atterrati, hanno dovuto tenere conto di una serie di variabili nuove e impegnative, tra cui la regolazione dell’acqua, la gravità, le temperature fluttuanti e l’esposizione ai raggi UV.

Per fortuna, i muschi hanno incontrato un paesaggio già colonizzato dai primi funghi le cui reti simili a radici, o micelio, potevano assorbire nutrienti essenziali dalla terra. In cambio di questi nutrienti, le prime piante terrestri fornirono ai funghi una fonte di carbonio, dando il via a una nuova relazione che dura fino ai giorni nostri.

“Almeno l’80% delle piante moderne collabora ancora in qualche modo con i funghi, ricevendo aiuto per crescere più forti e diventare più resistenti”, ha spiegato Hamberger. “Mentre guardiamo a un futuro in cui le piante avranno bisogno di sostenere una popolazione in crescita, questo sarà un fattore critico.”

Lavorando con i muschi per oltre un decennio, Hamberger e il suo gruppo di ricerca hanno preso parte nel 2019 a una mostra speciale alla Detroit Science Gallery chiamata “Fog of Dawn” che presentava muschi che crescevano nei terrari volti a imitare l’atmosfera della Terra primordiale e la successiva acquisizione di piante e funghi.

Il gruppo ha anche progettato il muschio per esprimere percorsi biochimici estranei e moderni delle piante terrestri, producendo prodotti come l’olio di patchouli.

Qui Hamberger vede un potenziale entusiasmante nel campo dell’esplorazione spaziale. Muschi e altre piante potrebbero fungere da produttori naturali di materiali da costruzione o medicinali convertendo l’anidride carbonica in ossigeno durante i voli spaziali.

“Se potessi portare le piante con te in un viaggio del genere e dare loro i progetti per creare prodotti utili, ciò ridurrà l’immenso peso delle materie prime in orbita”, ha detto Hamberger.

“Inoltre, quando si tratta di terraformare un luogo come Marte, perché non iniziare dal muschio, una pianta che ha già alterato con successo il nostro pianeta?”

Con la loro ultima ricerca inIl diario delle pianteil laboratorio Hamberger spera di alzare ulteriormente il sipario sulle interazioni piante-microbi e scoprire i modi in cui muschi e funghi comunicano a livello microscopico.

Amico o nemico?

Per raggiungere questi obiettivi, Hamberger e Davis Mathieu, uno studente di dottorato e primo autore dell’articolo, hanno progettato un esperimento che fornirebbe un posto in prima fila per le interazioni muschio-funghi in tempo reale.

Per tre mesi, il laboratorio ha osservato che il muschio, Phsycomitrium patens, colonizzava diversi terrari. Alcuni habitat erano completamente privi di funghi, mentre altri erano coltivati ​​in cocoltura con due specie del lignaggio dei funghi terrestri, le Mortirellaceae, che probabilmente esistevano nello stesso periodo in cui le piante iniziarono a conquistare la terra.

I funghi sono stati forniti dall’esperto di funghi e genetica Greg Bonito, professore associato presso il Dipartimento di scienze vegetali, del suolo e microbiche della MSU e collaboratore di lunga data di Hamberger.

Utilizzando la microscopia, l’analisi genetica e i microcomputer Raspberry Pi, i ricercatori hanno monitorato i modi sottili ma distinti in cui il muschio interagiva con i suoi vicini fungini. Il team ha scoperto che queste interazioni dipendevano da un’aggiunta unica al cast: gli endobatteri all’interno dei funghi.

Questi endobatteri hanno fornito di per sé una questione impegnativa. Gli endobatteri dipendono completamente dal loro ospite fungino per la sopravvivenza, ma non era chiaro se apportassero qualche valore alla relazione.

“In generale, gli endobatteri non sono considerati benefici per i funghi, poiché le cellule devono affrontare grandi compromessi per ospitarli”, ha affermato Mathieu. “Questo ovviamente solleva la domanda: perché sono ancora in giro?”

Mathieu e altri hanno scoperto che quando sono presenti gli endobatteri, i funghi possono interagire più facilmente con i loro vicini muschiosi. Durante gli esperimenti con i funghi a cui sono stati rimossi gli endobatteri, ha cominciato ad apparire una complessa rete di relazioni.

Ad esempio, una specie di funghi sembrava “mangiare” il muschio dall’interno quando erano presenti i suoi endobatteri. Ma nei campioni in cui gli endobatteri erano assenti?

“Vive fianco a fianco con il muschio, del tutto indifferente”, ha spiegato Mathieu.

Nel frattempo, un’altra specie di funghi che apportava benefici al muschio ha cambiato il suo comportamento quando i suoi endobatteri sono stati rimossi. I funghi hanno iniziato a produrre strutture simili a spore indicative di stress e non hanno più colonizzato il muschio come facevano una volta.

Il laboratorio Hamberger non vede l’ora di svelare ulteriormente queste relazioni di amico o nemico tra muschi, funghi ed endobatteri e cosa significano queste scoperte per comprendere la vita sulla Terra.

“Abbiamo pensato di iniziare con qualcosa di semplice e diretto: l’inizio della vita vegetale sulla terra”, ha detto ironicamente Hamberger. “Ma si scopre che c’è questa storia super emozionante e molto complessa che può insegnarci qualcosa su cosa è successo durante l’evoluzione delle piante terrestri, cosa ci ha portato su questo pianeta e cosa potrebbe portarci su un altro pianeta.”

Spera anche che questa ricerca possa stimolare l’interesse per le forme di vita cruciali che incontriamo ogni giorno, spesso senza rendercene conto.

“Forse potrebbe ispirare un po’ di apprezzamento per questi fantastici organismi che possono vivere in condizioni difficili e sono i primi in primavera a dire: ‘Evviva, andiamo’, quando la neve si scioglie e ritorna la luce del sole.”