Ondergrondse CO₂-opslag: wat kunnen we leren van schimmels?

Een recente studie, gepubliceerd in Nature, onthult hoe planten en schimmels samen efficiënte netwerken vormen die miljarden tonnen CO₂ ondergronds opslaan. Dit onderzoek, uitgevoerd door een internationaal team van 28 wetenschappers, biedt cruciale inzichten in de rol van mycorrhizale schimmels in het mondiale koolstofcircuit en ecosystemen. Wat kan de mens daarvan leren?

Meer dan 80% van de plantensoorten gaat een symbiotische relatie aan met mycorrhizale schimmels. In ruil voor essentiële voedingsstoffen zoals fosfor en stikstof, geven planten koolstof af aan deze schimmels. Dit proces draagt jaarlijks bij aan de opslag van ongeveer 13 miljard ton CO₂ in de bodem – een hoeveelheid gelijk aan een derde van de wereldwijde energiegerelateerde emissies.

Ondanks het belang van deze netwerken was tot voor kort niet bekend hoe ze zo uitgebreide en efficiënte ondergrondse ‘handelsroutes’ opbouwen. Dankzij nieuwe technieken zijn onderzoekers er nu in geslaagd dit proces in kaart te brengen.

Fungalenetwerken: efficiënte distributie in de bodem

Onder leiding van wetenschappers van Amolf, Vrije Universiteit Amsterdam, Princeton University en SPUN, heeft het team ontdekt dat schimmels zich uitbreiden in een golfpatroon. Ze sturen microscopische ‘verkenningstakken’ uit om nieuwe gebieden te verkennen, waarbij ze lange-termijn handelsmogelijkheden boven kortstondige groei verkiezen.

Daarnaast bleek dat schimmels een tweewegverkeer-regulatie hanteren, waarbij ze de breedte en snelheid van voedingsstofstromen aanpassen op basis van behoefte. Dit voorkomt verspilling en maximaliseert de efficiëntie van het netwerk.

Speciale beeldvormingsrobot

Om deze netwerken te bestuderen, ontwikkelde Amolf een beeldvormingsrobot die in staat is om gelijktijdig meer dan een half miljoen schimmelstructuren te volgen. Dit apparaat verzamelde in drie jaar tijd gegevens die een menselijke onderzoeker een eeuw zouden kosten.

“We proberen te begrijpen hoe deze ‘breinloze’ micro-organismen hun handelsroutes optimaliseren,” zegt Tom Shimizu (Amolf/VU). “We hebben ontdekt dat schimmels continu hun routes verfijnen door extra lusjes toe te voegen, wat de efficiëntie van voedingsstoffentransport verhoogt.”

En wij?

De efficiëntie van deze schimmelsystemen biedt waardevolle lessen voor menselijke distributienetwerken en supply chains,” stelt Toby Kiers (SPUN/VU). “Wij vertrouwen steeds meer op AI-algoritmen om logistieke systemen te verbeteren, terwijl schimmels dit al 450 miljoen jaar doen. Dit onderzoek laat zien hoe cruciaal deze ondergrondse circulatiesystemen zijn voor koolstofopslag en het ecosysteem.”

“Inzicht in hoe schimmelnetwerken hun interne stromen en hulpbronnen aanpassen aan veranderende omgevingsfactoren zal een belangrijke richting zijn voor toekomstig onderzoek,” zegt Howard Stone (Princeton University).

Momenteel werkt het team aan een nieuwe generatie robots die de dataverzameling met een factor tien zal vergroten. Hierdoor kunnen ze beter begrijpen hoe deze netwerken reageren op omgevingsveranderingen zoals bodemverstoring en stijgende temperaturen.