بسیاری ممکن است بخش چوبی درختان را بی‌فایده تصور کنند، اما در حقیقت این جزء، مکان زیستی مجموعه‌ای غنی و متنوع از موجودات زنده است. مطالعات نشان می‌دهد که به‌طور میانگین در هر تنه درخت، بیش از ۱ تریلیون نوع قارچ، باکتری و دیگر میکروب‌ها به زندگی مشغولند که به شکل جوامع خاص خود درآمده‌اند.
خسوس مرکادو بلانکو، میکروبیولوژیستی از شورای ملی تحقیقات اسپانیا که در این طرح تحقیقاتی شرکت نکرده، توضیح می‌دهد که برخی از این میکروب‌ها می‌توانند به عنوان پروبیوتیک‌هایی برای مبارزه با پاتوژن‌ها عمل کنند. او بر این باور است که یافته‌های این تحقیق می‌تواند به ارائه راهکارهای نوین برای محافظت از درختان آسیب‌پذیر در سطح جهانی کمک کند.
مزایای میکروب‌ها برای درختان
میکروب‌ها نقشی کلیدی در چرخه حیات گیاهان ایفا می‌کنند. برای نمونه، قارچ‌های خاکی به ریشه‌های درختان یاری می‌رسانند تا بتوانند به آب و مواد مغذی دسترسی پیدا کنند و همچنین باکتری‌ها و قارچ‌های مفید بر روی برگ‌های درختان، از بروز عفونت‌های ناشی از قارچ‌ها یا باکتری‌های مضر ممانعت به عمل می‌آورند. با این حال، اطلاعات قابل توجهی درباره میکروب‌هایی که درون چوب سالم درختان ساکن هستند، در دسترس نیست.
براساس برآوردهای صورت‌گرفته، ۱۰ تریلیون درختی که بر روی کره زمین وجود دارند، مجموعاً ۴۵۰ گیگاتن کربن را در خود ذخیره کرده‌اند، در حالی که حجم کربن موجود در حیوانات کوچکتر تنها به ۲ گیگاتن می‌رسد.
نمونه‌برداری برای تحقیقات بیشتر
جاناتان گیورتزمن و وایات آرنولد، دو دانشجوی دکتری رشته زیست‌شناسی مولکولی در دانشگاه ییل، یک مطالعه جالب را به انجام رساندند. آن‌ها به جنگلی تحقیقاتی در کنیتیکت آمریکا سفر کردند و به بررسی ۱۵ گونه درختی رایج شامل بلوط، افرا و کاج پرداختند و چوب‌های باریک‌تر از یک مداد را از هسته اصلی ۱۵۸ درخت استخراج کردند. علاوه بر این، نمونه‌هایی از خاک اطراف هر درخت نیز جمع‌آوری شد.
آن‌ها بعد از استخراج DNA از چوب و خاک، مواد ژنتیکی را برای تعیین توالی ژن‌های نشانگر کلیدی به آزمایشگاه ارسال کردند که شامل نام‌های ۱۶s و ITS بودند. آرنولد پس از دریافت این داده‌ها، آن‌ها را با توالی‌های شناخته شده انواع میکروب‌ها مقایسه کرد.
این محققان برآورد تعداد میکروب‌های پروکاریوتی (میکروب‌های پیش‌هسته‌ای شامل باکتری‌ها و آرکی‌ها که با وجود شباهت‌های کلیدی، تاریخچه تکاملی متفاوتی دارند) در یک درخت معمولی را آغاز کردند. آن‌ها با اندازه‌گیری تعداد میکروب‌ها در ۱ گرم چوب از بخش هسته‌ای درختان شروع کردند و با ضرب کردن این عدد در وزن یک درخت ۵ تنی، به تعداد ۱ تریلیون پروکاریوت در یک درخت رسیدند (که البته این عدد شامل قارچ‌های یوکاریوت نمی‌شود که فراوانی آن‌ها از طریق داده‌های ژنتیکی قابل محاسبه نیست).
شاید عدد یک تریلیون بسیار بزرگ به نظر بیاید، اما باید توجه داشت که تعداد سلول‌های پروکاریوتی در دستگاه گوارش انسان حدود ۳۸ برابر بیشتر از تعداد موجود در یک تنه درخت است.
تجمع میکروبی خاص در هر گونه درخت
همان‌طور که حیوانات بر اساس نوع تغذیه خود میکروبیوم‌های منحصر به فردی دارند، در چوب این ۱۵ گونه درختی نیز جوامع خاصی از میکروب‌ها زندگی می‌کنند. به عنوان مثال، در درختان افرا که شیره شیرینی تولید می‌کنند، میکروبیوم‌هایی که به شکر علاقه دارند، تجمع یافته‌اند و در گونه‌هایی مثل شوکران شرقی که در برابر پوسیدگی مقاوم هستند، کمترین فراوانی میکروبی دیده می‌شود.
الگوی گسترده‌ای دیگر نیز در سرتاسر جنگل مشاهده شد؛ به نظر می‌رسد جوامع میکروبی به گونه‌ای تخصصی بر اساس بافت‌های مختلف درختان ظاهر می‌شوند. چوب متراکم یافت شده در مرکز درخت (heartwood) که در مقایسه با بافت‌های نرم‌تر اطرافش (sapwood) کمتر از اکسیژن برخوردار است، دارای متانوباکتری‌های بیشتری است، در حالی که بخش sapwood شامل باکتری‌هایی است که در غلظت‌های بالاتر اکسیژن زندگی می‌کنند.
این الگو پیش‌تر در مطالعه یک گونه درختی مشاهده شده بود؛ اما از آنجایی که در این مطالعه جدید، ۱۵ گونه از درختان رایج بررسی شدند، اکنون تصاویری از یک میکروبیوم معمولی در چوب درختان زنده به دست آمده است که این خود یک پیشرفت مهم محسوب می‌شود.
منبع این میکروب‌ها چگونه است؟
گیورتزمن در این زمینه اظهار می‌دارد: «این مطالعه بیشتر از آنکه پاسخگویی به سوالات ما باشد، سؤالات بیشتری را ایجاد می‌کند. یکی از نکات مبهم، منشأ میکروب‌های موجود در چوب است که یکی از منابع اصلی آن، خاک به حساب می‌آید؛ چرا که خاک مملو از انواع باکتری، آرکی و قارچ است.» اما در برخی از گونه‌های درختی که مورد مطالعه قرار گرفتند، تنها ۳ درصد از تنوع میکروبی موجود در درخت با خاکی که در آن رشد کرده‌اند، همپوشانی داشت.
در این راستا محققان ممکن است به روش‌هایی نائل آیند که میکروبیوم درختان را تنظیم کرده و به آن‌ها در برابر عوامل بیماری‌زا کمک کنند.
ساموئل مارتینز، آسیب‌شناس گیاهی از دانشگاه فلوریدا، بر این باور است که این نیازمند تحقیقات بیشتر در مورد نقش میکروب‌هایی است که در چوب زندگی می‌کنند. او این کار را چالش‌برانگیز می‌داند، چرا که پرورش حتی تعداد معدودی از این میکروب‌ها در آزمایشگاه دشوار است.
با این حال، مطالعه جدید می‌تواند به دو سؤال کلیدی درباره میکروب‌هایی که در گیاهان سکونت دارند پاسخ دهد و در ادامه تحقیقات علمی به دانشمندان یاری رساند: «کدام میکروب‌ها و باکتری‌ها در درختان زندگی می‌کنند و وظیفه آن‌ها چیست؟»