מעבר פחמן בין שורשים של עצי יער גבוהים דרך רשת קורי פטריות

נסו לדמיין עץ המוסר כמויות גדולות של פחמן לעץ אחר. כיצד זה ישנה את החשיבה שלנו על מַחזור הפחמן של היערות, מאגר הפחמן הביולוגי הגדול ביותר על פני כדור הארץ? אילו מעבר פחמן כזה היה אפשרי, היו נדרשים מערכת הולכה ומפל ביקוש-היצע. במאמר שפורסם אשתקד בכתב העת המדעי Science ^[1] אנו מראים כי תרחיש דמיוני כביכול זה, מתרחש בבתי שורשים חופפים של עצים גבוהים ביער ממוזג רב-מיני. באמצעות סימון חופות עצים בפחמן דו-חמצני בעל איזוטופ פחמן יציב מסומן, הראינו כי פחמן שקובע על-ידי עץ מסוג אשוח (Picea abies) מועבר דרך השורשים לאשור (Fagus sylvatica), לעץ ממשפחת הארזים (Larix decidua) ולאורן (Pinus sylvestris) שכנים. יחס האיזוטופים בשורשי העצים השונים הראה כי מעבר הפחמן בין המינים היה כ-40% מסך הפחמן בשורשים העדינים, שהם כ-28 ק"ג לדונם בשנה. זוהי העדות הראשונה למעבר פחמן בין עצים בוגרים ממינים שונים ברמת היער. המעבר התבצע ככל הנראה דרך רשתות משותפות של קורי פטריות המקיימות מיקוריזה (mycorrhiza, שותְפָנות פטרייה–שורש), שגם בהן נמצא הפחמן המסומן. תצפיות אלה מצביעות על כך שאף על פי שתחרות על משאבים (אור, מים, חומרים מזינים) נתפסת כשולטת ביחסי הגומלין בין עצים ביער, למעשה, העצים מגיבים זה לזה בדרכים מורכבות יותר, כולל העברה של כמויות פחמן משמעותיות.

מעבר של פחמן בין שורש לשורש דרך מיקוריזה היה ידוע כבר לפני יותר מ-40 שנה ^[4]. חלוצי המחקר השתמשו בסימון של פחמן רדיואקטיבי ¹⁴C במעבדה, וממשיכי דרכם ^[5] אף הראו מעבר בין שורשי שתילים בשטח בעזרת סימון באיזוטופ יציב ¹³C. אף על פי כן, סימון של עצים בוגרים וגדולים נדמה עד לא מזמן בלתי אפשרי, ולכן לא היה ידוע אם תהליך זה מתקיים בטבע: כלומר, אם גם עצים בוגרים ביער מחליפים ביניהם פחמימות, ואם כן, מה חשיבותה של תופעה זו לאקולוגיה של היער. בו-בזמן התפתחה הטכנולוגיה של ניסויי העשרה בפחמן דו-חמצני, עד כדי ניסוי בעצי יער גבוהים ביער טבעי. בניסוי זה שבשווייץ, העשירו החוקרים באופן פרטני חמישה עצים מסוג אשוח בפחמן דו-חמצני מסומן בעזרת מערכת צינורות מחוררים, שפלטו את הגז בכל שעות היום ^[2]. השימוש בפחמן המסומן אִפשֵר מעקב אחר אופן הפיזור וקצב הפיזור בתוך רקמות העץ, החֵל בעלים, לתוך הענפים והגזע, וכלה בשורשים ^[3]. מאחר שאתר הניסוי הוא יער רב-מיני, בזמן דגימת השורשים היה צורך להפריד את שורשי האשוח משורשי עצים שכנים ממינים אחרים. בניגוד לציפייה, התגלה כי כל השורשים העדינים, כולל אלה שזוהו כשייכים למיני העצים האחרים, הכילו רמה גבוהה של הפחמן המסומן. שורשי עצים שלא גדלו בשכנות לעצים המסומנים, מכל מין שהוא, לא הכילו את הפחמן המסומן. נוסף על כך, לא נמצאו עקבות של פחמן מסומן בחופות של העצים השכנים, עדות לכך כי פחמן זה לא הוטמע על-ידם.

כיצד עובר פחמן משורשי עץ אחד לשורשי עץ אחר? שורשי עצים עשויים להתאחות זה עם זה לעתים, בתהליך המוכר בשם הרכבת שורשים טבעית. עם זאת, בחפירות שנערכו באתר המחקר לא נמצאו איחויים כאלה, מה גם שהאיחויים הללו חלים בין שורשים של עצים מאותו המין או ממינים קרובים זה לזה, ולא כפי שנמצא כאן. אפשרות שנייה היא שפחמן מסומן הופרש משורשי עצים מסומנים והתמוסס בקרקע, ומשם נספג לתוך שורשי העצים השכנים. הפרשת פחמימות משורשים היא תהליך נפוץ, ואכן התגלו עקבות של פחמן מסומן בקרקע, אם כי ברמה נמוכה. עם זאת, כאשר נבדקו שורשים של שלושה מינים של שיחים בתת-היער, לא נמצא הסימון, כך שספיגת פחמן מסומן, אם התרחשה, הייתה זניחה בהיקפה. לשלושת מיני השיחים שנבדקו היו קשרי מיקוריזה, אך עם קבוצה שונה מזו של פטריות העצים. זאת ועוד, נמצא כי הפטריות שקיימו מיקוריזה עם שורשי העצים הכילו גם הן את הפחמן המסומן. באתר המחקר זוהו מעל 20 מיני פטריות כאלה, שארבעה מהם ידועים כסימביונטים (צוותאים) של כל ארבעת מיני העצים גם יחד. אחד המינים הוא קרוב של פטריית הארנייה הנפוצה ביערות הארץ. עד כה נלמדו פטריות אלה בקשר לתרומתן למאזן המים והמומסים של הצמח, ובקשר להשפעתן על מגוון המינים ועל יצרנות בית הגידול. מן המחקר שהוצג כאן עולה האפשרות שיש להן תפקיד חשוב בהעברת פחמן מעץ לעץ. נשיאת הפחמן ברשת הקורים של הפטריות מאפשרת להן להרחיב את גדילתן לכיוון חדש, בעוד הן נסמכות על פחמן שמקורו בשורשי עצים באזור אחר. ייתכן שבתנאי עקה (עקב בצורת, קרה, או שרֵפת יער), עשויים מיני העצים המקושרים על-ידן ליהנות מיתרון על פני מינים אחרים המוגבלים במקורות הפחמן שלהם.