Mykorrhizapilze existieren seit fast 450 Millionen Jahren und spielen eine entscheidende Rolle in der Natur. Ihr Pilznetzwerk leitet jährlich etwa 13 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in den Boden ab – was etwa einem Drittel der weltweiten energiebezogenen Emissionen entspricht. Außerdem gehen über 80 Prozent unserer Pflanzen eine symbiotische Partnerschaft mit den Pilzen ein. Mit ihren unterirdischen Netzwerken sammeln die Mykorrhizapilze zum Beispiel Phosphor und Stickstoff aus dem Boden und geben diese an die Pflanzen weiter. Im Gegenzug erhalten sie pflanzlichen Kohlenstoff in Form von Zucker und anderen organischen Verbindungen, die durch die Fotosynthese produziert werden.
Roboter kartiert Mykorrhiza-Netzwerke
Aber wie schaffen es diese Organismen, ihre unterirdischen Netzwerke auszudehnen und so effiziente Versorgungsketten aufzubauen? Beim Aufbau ihrer Netzwerke stehen die Pilze vor einem Konflikt: Sie müssen entscheiden, ob sie mehr Ressourcen an ihrem aktuellen Standort aufbauen oder eine größere Fläche abdecken wollen; im letzteren Fall sind sie gezwungen, Nährstoffe über längere Strecken zu transportieren. Um zu klären, welche Strategien die Pilze dabei verfolgen, hat nun ein Forschungsteam um Loreto Oyarte Galvez von der Freien Universität Amsterdam über 500.000 Pilzknoten gleichzeitig mit einem bildgebenden Roboter untersucht, den sie eigens dafür entwickelt und gebaut haben. „Wir haben die dezentralen Entscheidungsfindungsprozesse von Mykorrhizapilz-Netzwerken kartiert und dabei einen äußerst effizienten Bauplan für eine unterirdische Versorgungskette aufgedeckt“, beschreibt Galvez’ Kollege Toby Kiers das Vorgehen.
Die Forschenden stellten fest, dass die Pilze ein verzweigtes Myzelnetzwerk aufbauen, das Kohlenstoff wellenförmig von den Pflanzenwurzeln nach außen transportiert. Um ihr Wachstum nachhaltig zu fördern, nutzen sie ein ausgeklügeltes System des Gegenverkehrs, um Ressourcen effizient zwischen den Pflanzenwurzeln und dem Myzelnetzwerk zu transportieren. Dabei steuern die Pilze die Fließgeschwindigkeit und Breite ihrer „Myzel-Autobahnen“ nach Bedarf. Neue Gebiete erkunden die Pilze mithilfe mikroskopischer „Pfadfinder“ und suchen mit diesen speziell wachsenden Zweigen nach neuen Ressourcen. Dabei priorisieren sie offenbar Verbindungsmöglichkeiten mit zukünftigen Pflanzenpartnern über kurzfristiges Wachstum in der unmittelbaren Umgebung.
Analyse der Verkehrsströme
Das internationale Team untersuchte anschließend die „Verkehrsströme“ an bestimmten Koordinaten im Pilznetzwerk und bestimmte dabei, wie schnell die Ressourcen zur und von der Wurzel fließen. Dabei maßen sie mehr als 100.000 zytoplasmatische Fließwege, um ein umfassendes Bild der dynamischen Prozesse zu erhalten. Dies ergab: Die Effizienz der Mykorrhiza-Versorgungsnetze ähnelt in vielerlei Hinsicht der menschlicher Versorgungsketten. Sie ist davon abhängig, wie gut Waren rechtzeitig und an den richtigen Orten mit möglichst geringen Kosten bereitgestellt werden können. „Der Mensch verlässt sich zunehmend auf KI-Algorithmen, um effiziente und widerstandsfähige Lieferketten aufzubauen. Doch Mykorrhizapilze lösen diese Probleme schon seit mehr als 450 Millionen Jahren“, erklärt Kiers.
