Plus de 80 % de toutes les plantes terrestres s'associent à des champignons pour les aider à extraire les nutriments du sol en échange de sucres riches en carbone produits par la photosynthèse. Des recherches récentes révèlent que ces champignons, appelés mycorhizes, stockent plus de carbone qu'on ne le pensait auparavant, soit l'équivalent d'un tiers de toutes les émissions de combustibles fossiles annuelles. Lorsque ces champignons meurent, ils laissent derrière eux de la « nécromasse » – une matière organique morte riche en carbone qui reste dans le sol pendant des décennies avant d'être libérée dans l'atmosphère. Le pigment mélanine, présent dans de nombreux types de champignons et de nécromasse fongique, s'est avéré ralentir la décomposition, ce qui maintient plus de carbone dans le sol plus longtemps. Pour nous aider à mieux comprendre le rôle que les cellules fongiques mortes peuvent jouer dans le changement climatique, nous avons contacté l'écologue Katie Beidler pour en savoir plus sur ses recherches sur la nécromasse fongique et ses importantes propriétés de stockage de carbone.
Will : Merci encore de nous parler, Katie ! Nous sommes ravis d'en apprendre davantage sur les relations cachées entre les plantes et les champignons et ce qu'elles ont à voir avec un climat changeant. Qu'est-ce qui vous a d'abord poussée à travailler avec les champignons ?
Katie : J'ai découvert les champignons par le biais des plantes. Après l'université, j'ai trouvé un emploi dans un laboratoire qui étudiait les racines d'arbres et, en fouillant pour mon travail, je traçais les fils blancs ou jaunes qui poussaient des extrémités des racines et s'étendaient dans le sol environnant. Les racines de pin que j'échantillonnais formaient des partenariats avec les champignons ectomycorhiziens, et voir cette symbiose en action m'a donné envie d'en apprendre davantage sur les champignons. Dans ma thèse de doctorat, j'ai étudié comment ces partenariats mycorhiziens impactent le cycle du carbone et des nutriments dans le sol, principalement du point de vue de la plante. Maintenant, je suis dans un laboratoire entièrement dédié aux champignons, travaillant comme chercheuse postdoctorale pour Peter Kennedy (un mycologue formé et un gars amusant connu) étudiant les microbes qui vivent des champignons en décomposition. Je me sens chanceuse d'avoir atterri dans un laboratoire d'écologie fongique et plus j'en apprends, plus je suis émerveillée par la façon dont tant de diversité chimique et fonctionnelle est contenue dans les hyphes fongiques, ces fils cachés qui soutiennent les écosystèmes.
Hyphes poussant à partir des pointes racinaires mycorhiziennes du pin à encens (Pinus taeda)
« Les sols sont comme un coffre-fort pour le carbone. Les sols stockent et libèrent du carbone, et dans les forêts tempérées, ils stockent ou retiennent actuellement plus de carbone qu'ils n'en libèrent. »
Will : C'est incroyable ! Votre carrière a littéralement tracé un fil fongique des arbres aux champignons en passant par les microbes qui se nourrissent de leurs corps morts, tout cela se déroulant dans le sol sous nos pieds. Alors, pour prendre un peu de recul, comment ces fils fongiques sont-ils liés au changement climatique ?
Katie : C'est une analogie un peu grossière, mais les sols sont comme un coffre-fort pour le carbone. Les sols stockent et libèrent du carbone, et dans les forêts tempérées, ils stockent ou retiennent actuellement plus de carbone qu'ils n'en libèrent. C'est important car la combustion de combustibles fossiles a augmenté la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère au-delà de ce qui peut être absorbé par les plantes pendant la photosynthèse. Ce déséquilibre du carbone exaspère l'effet de serre naturel et provoque des changements de température et des régimes météorologiques qui pourraient finalement entraîner une plus grande perte de carbone des sols. L'idée est que les sols peuvent être gérés ou conservés pour retenir plus de carbone, ce qui peut à son tour aider à atténuer ou à réduire le changement climatique.
Will : Nous n'avons pas tendance à y penser très souvent, mais chaque expiration contribue au cycle planétaire du carbone qui traverse l'air, la terre et les océans de la Terre. La grande majorité (85 %) du carbone planétaire se trouve dans l'océan, tandis que 2 % est dans l'air et environ 5 % est stocké dans la terre. Quel rôle les champignons jouent-ils dans le stockage de ce carbone terrestre ?
Katie : Les hyphes fongiques se développent de manière extensive dans les sols à la recherche de ressources (nourriture et eau). Lorsque les hyphes meurent, elles s'incorporent dans la structure du sol, laissant derrière elles du carbone et des nutriments qui peuvent ensuite être recyclés par d'autres microorganismes du sol (plus d'informations ci-dessous). La nécromasse fongique désigne ces cellules ou résidus fongiques morts. En suivant le devenir des restes fongiques ou de la nécromasse, nous pouvons en apprendre davantage sur les nutriments qui contribuent à maintenir le réseau trophique du sol et sur les formes de carbone qui persistent dans l'environnement du sol. Tout le carbone du sol n'est pas créé de la même manière, et le carbone du sol dont le cycle est le plus lent (ou capable de persister pendant des siècles à des millénaires) est constitué de microbes morts (nécromasse) liés aux argiles et à d'autres types de minéraux du sol. Nous le savons parce que la nécromasse a été visualisée sur les surfaces des minéraux du sol et que le carbone lié aux minéraux est chimiquement similaire à celui des cellules microbiennes. Ces interactions microbiennes-minérales protègent le carbone du sol d'une décomposition ultérieure.
| Mots-clés |
| Champignons ectomycorhiziens : une association symbiotique de champignons avec les racines des plantes supérieures dans laquelle les deux partenaires sont mutuellement bénéfiques. Dans ce partenariat, les champignons se développent autour de l'extérieur des racines des plantes, aidant la plante à absorber l'eau et les nutriments, en particulier le phosphore, du sol en échange de sucres produits pendant la photosynthèse. |
| Hyphes fongiques : les structures filamenteuses longues, ramifiées et ramifiées qui constituent le corps végétatif d'un champignon. |
| Effet de serre : un processus naturel qui réchauffe la surface de la Terre en piégeant la chaleur du soleil dans l'atmosphère. |
Will : Ok, donc la présence de microbes du sol morts (nécromasse) ralentit le processus de décomposition. Pouvez-vous en dire plus sur ces organismes ? Je crois que vous les avez appelés une communauté de décomposeurs ?
Katie : Une communauté de décomposeurs désigne le groupe d'organismes qui tirent leur énergie de la décomposition de plantes, d'animaux et de matières microbiennes morts ou en décomposition en matériaux plus simples, contribuant à ramener les nutriments dans le sol. En décomposant la matière organique, les micro-organismes libèrent du dioxyde de carbone, ce qui contribue à la perte de carbone du sol. Ainsi, la croissance et l'activité des communautés microbiennes peuvent déterminer la quantité de carbone stockée dans les sols.
Will : Ok, je crois que je comprends maintenant – la décomposition libère du dioxyde de carbone dans l'atmosphère – comme si le sol lui-même exhalait. Est-il donc possible de mesurer cette décomposition dans les sols que vous étudiez ?
Image de microscopie électronique à balayage (MEB) de nécromasse fongique cultivée en laboratoire
Katie : Comme je l'ai mentionné précédemment, les hyphes sont abondants dans le sol mais malheureusement, ils sont aussi microscopiques et diffus. Pour générer suffisamment de nécromasse afin de mesurer la décomposition, nous devons cultiver de la biomasse fongique en laboratoire en utilisant les méthodes développées par Chris Fernandez, le « Nécromasseur » original du laboratoire Kennedy et maintenant professeur à l'Université de Syracuse. En bref, nous cultivons des champignons en culture liquide, soit en grandes quantités, soit dans de nombreux flacons en verre. Nous décomposons la biomasse dans des mortiers et des pilons, la lyophilisons et la conditionnons dans des sacs en filet. Pour mesurer la décomposition sur le terrain, nous enterrons les sacs de nécromasse, les recueillons à différents moments et les pesons pour voir combien de nécromasse initiale a été perdue ou décomposée. Nous pouvons également examiner les microbes (à la fois champignons et bactéries) vivant sur la nécromasse et la chimie de la nécromasse restante pour voir comment elle pourrait changer au fil du temps.
Will : C'est intéressant ! Vous comparez donc le poids de la nécromasse avant et après pour mesurer la décomposition. J'ai aussi lu que des composés comme la mélanine peuvent influencer le taux de décomposition. Qu'est-ce que la mélanine et quelle est son importance dans votre travail ?
Katie : La mélanine est un pigment que l'on trouve chez de nombreux organismes différents et elle a une fonction protectrice chez les champignons. Tout comme chez les humains, elle peut protéger les hyphes des radiations ultraviolettes. On la trouve généralement incrustée dans les parois cellulaires des champignons et elle peut aider à empêcher l'eau de s'échapper des hyphes ou à empêcher les agents pathogènes d'entrer. Je m'intéresse à la façon dont la mélanine influence la décomposition, car comme vous pouvez l'imaginer, les mêmes propriétés qui rendent la mélanine protectrice rendent également plus difficile sa dégradation par d'autres microbes.
Will : Le fait qu'elle soit plus difficile à dégrader par les microbes devrait avoir une influence sur les taux de décomposition, n'est-ce pas ?
Katie : En effet, nous avons constaté que les champignons avec plus de mélanine dans leurs parois cellulaires se décomposent plus lentement.
Necrobags (sacs en filet contenant la nécromasse fongique) prêts à être enfouis dans le sol.
« Je m'intéresse à la façon dont la mélanine influence la décomposition, car comme vous pouvez l'imaginer, les mêmes propriétés qui rendent la mélanine protectrice la rendent également plus difficile à dégrader par d'autres microbes. »
Will : D'accord, la mélanine contribue donc à ralentir la décomposition, ce qui aide à stocker le carbone dans le sol plus longtemps. Cela m'aide à mieux comprendre comment les forêts pourraient être mieux gérées pour atténuer le changement climatique, car il a été récemment estimé qu'environ 36 % des émissions annuelles actuelles de CO2 provenant des combustibles fossiles sont stockées dans le mycélium mycorhizien. Sur une note connexe, nous cultivons une variété de champignons comestibles/médicinaux comme l'huître, le shiitake et la crinière de lion chez North Spore. D'où provient la nécromasse fongique que vous cultivez pour la recherche ?
Katie : Je travaille principalement avec les microchampignons, mais j'ai réussi à cultiver un champignon maitake une fois (un grand merci à Lu Hook de @themycokid pour m'avoir fourni la culture de maitake). La nécromasse que nous produisons provient principalement de Hyaloscypha bicolor (anciennement Meliniomyces bicolor), un champignon ascomycète capable de former des hyphes mélanisées et non mélanisées (hyalines) selon la façon dont on le cultive, d'où la partie « bicolor » de son nom. La photo du flacon ci-dessous montre ce processus en action. Lorsque l'hyphe de H. bicolor est exposé à plus d'oxygène, il se mélanise plus rapidement. En submergeant le champignon dans plus ou moins de milieu ou en le secouant à des vitesses plus lentes ou plus rapides, nous pouvons générer des versions mélanisées et non mélanisées de la nécromasse de H. bicolor (voir aussi la vidéo de la culture en lot plus grande où nous faisons barboter de l'oxygène).
Flacon contenant des hyphes de Hyaloscypha bicolor (hyphes mélanisées en haut et hyphes hyalines en bas).
Hyphes mélanisées dans un mortier et pilon pendant la production de nécromasse.
Flacon contenant des hyphes de Hyaloscypha bicolor (hyphes mélanisées en haut et hyphes hyalines en bas)
Hyphes mélanisées dans un mortier et pilon pendant la production de nécromasse
| Mots-clés |
| Microchampignons : un groupe de champignons et d'organismes fongiformes qui produisent des corps fructifères microscopiques et comprennent les moisissures et les rouilles. |
| Champignon ascomycète : l'un des plus grands groupes de champignons qui produit des spores sexuées à l'intérieur de structures en forme de sacs appelées asques. Ce groupe comprend les levures utilisées en boulangerie, en brasserie et pour la fermentation du vin, ainsi que des délices tels que les truffes et les morilles. |
| Champignons mycenoïdes : autrefois regroupés dans le genre « Mycena », ces champignons extrêmement petits sont saprotrophes, ce qui signifie qu'ils consomment de la matière organique morte ou mourante, et mesurent rarement plus de quelques centimètres de largeur. |
En plus de cultiver des champignons pour la production de nécromasse, nous maintenons également des cultures fongiques pour mesurer comment différentes espèces de champignons (seules et en combinaison) influencent la décomposition. Heureusement pour moi, l'ancien post-doctorant du laboratoire, François Maillard, un autre fantastique scientifique des champignons, a isolé des espèces fongiques qui poussaient sur de la nécromasse enfouie dans une forêt de pins. Certains des genres de champignons que je cultive à partir de cette collection de cultures comprennent : Chaetomium, Metarhizium, Mortierella, Phialocephala et Trichoderma.
Will : Cela m'a surpris de lire que le Trichoderma, bien que cauchemardesque pour les cultivateurs de champignons d'intérieur, est très bénéfique pour les plantes ; il favorise la croissance, induit des réactions de défense et agit comme un agent de biocontrôle naturel contre les phytopathogènes. Quels aspects de votre travail vous ont surpris ou mis au défi ?
Katie : Un aspect de mon travail qui est étonnamment difficile est de travailler dans le monde souterrain opaque et très variable ! Les sols sont des mélanges hétérogènes d'éléments vivants et morts qui s'étendent sur plusieurs disciplines scientifiques (chimie, biologie, géologie et hydrologie) et contiennent des processus qui se produisent sur des échelles de temps courtes et longues (minutes à millénaires).
Culture de Metarhizium
Essayer de comprendre ce que font les microbes à leur petite échelle (voir l'image MEB ci-dessous) et comment cela influence le cycle du carbone à l'échelle de l'écosystème est délicat, et nous sommes encore en train de développer une bonne méthodologie pour tenter de tenir compte de toute cette variabilité. Au-delà de mon travail souterrain, j'ai eu une formidable et très compétente mentore en mycologie, Anna Gerenday, qui m'apprend à identifier les champignons et à préparer des spécimens fongiques pour les herbiers.
Image MEB de minéraux du sol et d'hyphes fongiques – mélanges complexes aux plus petites échelles
Travailler avec Anna m'a appris à quel point il est difficile d'identifier la plupart des champignons au niveau de l'espèce et à quel point nous sommes encore très largement dans une phase d'observation et d'organisation de la taxonomie fongique. Cela m'a un peu surpris en venant du monde végétal.
Will : Ce que vous venez de dire sur le fait que vous êtes encore dans une phase d'observation et d'organisation de la science me rappelle pourquoi nous n'avons identifié qu'environ 150 000 champignons sur un nombre estimé de 2 à 4 millions d'espèces au total ! J'imagine que votre équipe découvrira de nouveaux champignons décomposeurs à l'avenir. Alors que vous poursuivez votre carrière en étudiant ces microbes, quel genre de questions aimeriez-vous tenter de résoudre ?
Katie: Je m'intéresse de plus en plus aux interactions inter-règnes. Récemment, nous avons commencé à collaborer avec une incroyable écologiste virale, Joanne Emmerson, et bien que nous soyons aux premiers stades de ce travail, nous nous intéressons au rôle que les virus pourraient jouer dans la décomposition de la nécromasse, à travers leurs effets sur les décomposeurs bactériens ou fongiques. De plus, à l'avenir, j'aimerais revenir à mes racines et travailler davantage dans la rhizosphère (ou le sol entourant directement la racine), en examinant comment les activités racinaires façonnent les communautés de décomposeurs.
Will: Je ne peux même pas commencer à imaginer le nombre et la diversité des virus existants, mais la science soulève souvent plus de questions qu'elle n'apporte de réponses. Nous arrivons donc à ma dernière et ma question préférée : Si tu étais un champignon, quel genre serais-tu et pourquoi ?
Katie: Hmm, c'est une bonne question… Je ne sais pas vraiment pourquoi, mais je suis attirée par les champignons Mycénidés. Je trouve leurs champignons charmants et ce serait amusant d'être l'un de ces petits saprobes en première ligne de la décomposition. Sinon, j'aimerais être un champignon nématophage, attrapant les nématodes avant qu'ils ne parasitent les plantes. Je crois que j'aime simplement toutes les petites choses.
Will: Je crois que ce sont les petites choses qui ont le plus grand impact ! Merci encore pour votre travail important ! Je vous remercie d'avoir pris le temps de nous parler aujourd'hui.
Katie: Absolument ! Merci de me donner cette opportunité de partager mon travail, j'ai eu du plaisir à répondre à vos questions.
Anna Gerenday, Katie et Morris le fils de Katie, partis à la chasse aux champignons.