Pour la toute première fois, des chercheurs ont quantifié la longueur et la masse des réseaux fongiques mycorhiziens arbusculaires à l’échelle mondiale et ont cartographié les écosystèmes où ils sont les plus denses.
Cachés sous terre à travers le monde se trouvent 110 quadrillions de kilomètres de réseaux fongiques mycorhiziens arbusculaires – des réseaux de fils ultra-fins qui, s’ils étaient connectés en une seule ligne, s’étendraient près d’un milliard de fois la distance entre la Terre et le soleil, selon une nouvelle étude publiée jeudi dans Science.
Ces communautés fongiques nouent des relations intimes avec les racines des plantes, auxquelles elles fournissent des nutriments comme le phosphore et l’azote en échange de carbone, dont les réseaux séquestrent sous terre chaque année, selon des recherches antérieures. Si le réseau fongique ne le stockait pas, ce carbone réchaufferait l’atmosphère.
Mais ces réseaux n’ont jamais été cartographiés à l’échelle mondiale jusqu’à présent. La nouvelle étude menée par la Society for the Protection of Underground Networks, ou SPUN, une organisation fondée pour cartographier les réseaux de champignons mycorhiziens, a utilisé une combinaison de revue de la littérature, d’échantillons de sol du monde entier, d’apprentissage automatique et de tests en laboratoire pour estimer la distribution et la masse de ces systèmes et cartographier les endroits où ils sont les plus denses.
« C’est le moment où nous sommes passés de la connaissance de l’existence de ce système à la connaissance réelle de l’endroit où il se trouve, de sa densité et de l’endroit où il se trouve », a déclaré Toby Kiers, directeur exécutif et co-fondateur de SPUN et co-auteur de l’étude.
Depuis des décennies, les chercheurs savent que les champignons mycorhiziens arbusculaires forment des relations symbiotiques intimes avec environ 80 % des espèces végétales de la planète et se trouvent presque partout où se trouvent les plantes. Mais l’étendue de ces réseaux et les endroits où ils sont les plus denses, comme les prairies, et où ils disparaissent, comme dans les zones agricoles, n’ont pas été bien compris jusqu’à présent.
« (L’étude) nous aide à comprendre à quel point ces organismes souterrains peuvent être importants pour tout ce que nous voyons à la surface », a déclaré James Bever, professeur d’écologie et de biologie évolutive à l’Université du Kansas qui étudie les interactions entre les plantes et les microbes comme les champignons dans les sols, mais n’a pas été impliqué dans la nouvelle étude.
Justin Stewart, écologiste évolutionniste au SPUN et auteur principal de l’étude, a déclaré que les études précédentes que l’équipe avait réalisées sur la biodiversité des champignons revenaient à demander à quelqu’un de décrire la forêt à l’extérieur de sa maison.
Justin Stewart, écologiste évolutionniste au SPUN, échantillonne le sol à Tucson, en Arizona. Crédit : John Burcham/SPUN
«Ils pourraient dire ‘eh bien, il y a trois espèces d’arbres là-dedans.’ C’est génial. Cela me renseigne sur la biodiversité », a-t-il déclaré. « Mais vous ne savez pas réellement quelle est la taille de la forêt, ni quelle est la distance entre les arbres. Vous n’avez aucune information sur sa structure. »
Les réseaux fongiques mycorhiziens sont constitués d’hyphes, chacun plus petit qu’un cheveu humain. Ces tuyaux vivants transportent les nutriments et le carbone entre les plantes et les champignons.
Parce qu’ils sont si longs et minces, a déclaré Stewart, ils peuvent pénétrer plus profondément dans les sols que les racines, obtenant des nutriments profondément sous terre que les plantes ne peuvent pas atteindre, tout en stockant simultanément le carbone où il peut rester longtemps dans de bonnes conditions.
« C’est une situation gagnant-gagnant », a déclaré Stewart. « Les plantes poussent mieux et le carbone est extrait. Tout cela dépend de la présence de réseaux fongiques denses et de sols actifs et vivants. »
La quantification de ces réseaux fongiques a commencé par un examen des études existantes sur les champignons mycorhiziens. Ces études contenaient 16 000 carottes prélevées dans des écosystèmes du monde entier pour comprendre la longueur des filaments fongiques dans un volume de sol. Chaque échantillon a été géolocalisé et, à partir de là, l’équipe a pu utiliser l’apprentissage automatique pour créer des cartes prédictives des réseaux fongiques à l’échelle mondiale et identifier les domaines dans lesquels le modèle fonctionne bien et les zones où les incertitudes montrent que davantage de données sont nécessaires.
En collaboration avec l’AMOLF, un institut de recherche d’Amsterdam, ils ont développé une technique utilisant un robot équipé d’une caméra qui enregistrait en laboratoire la croissance des réseaux fongiques au fil du temps, afin d’obtenir de meilleures estimations de leur largeur. À partir de là, l’équipe a pu calculer la masse du réseau, qui représentait environ cinq fois le poids de tous les humains sur Terre.
L’étude ne couvre que les réseaux fongiques mycorhiziens arbusculaires vivants, a déclaré Stewart, et n’inclut pas les réseaux fongiques morts, qui aident également à stocker le carbone et à ajouter à la biomasse totale et à l’influence des réseaux sur les écosystèmes. La recherche sur les réseaux fongiques morts est toujours à l’étude.
L’étude a également révélé où ces réseaux sont les plus menacés. Les densités des réseaux fongiques sur les terres cultivées représentent environ la moitié de ce qu’elles sont dans les écosystèmes sauvages. Pendant ce temps, les écosystèmes de prairies sauvages abritent environ 40 pour cent de la biomasse mycorhizienne arbusculaire de la planète. Pourtant, ces prairies comptent parmi les écosystèmes les moins protégés de la planète, et elles sont converties en terres agricoles quatre fois plus vite que les forêts, ce qui constitue une menace potentielle pour ces réseaux et les avantages qu’ils apportent à la vie végétale et au stockage du carbone.
Des recherches antérieures du SPUN ont révélé que 90 % des communautés fongiques à travers le monde ne sont pas protégées et que de nombreux écosystèmes, comme les déserts du sud-ouest américain, sont sous-étudiés.
Ce qui entraîne exactement les pertes de champignons mycorhiziens et les conséquences de ce déclin doivent être explorés ensuite, ont déclaré les chercheurs. C’est pourquoi l’équipe SPUN sera présente cette année à la Conférence des Nations Unies sur les changements climatiques (COP31) pour présenter aux décideurs politiques l’importance des réseaux et le rôle qu’ils pourraient jouer dans la protection des écosystèmes et la séquestration du carbone.
Comprendre les champignons mycorhiziens plus en profondeur au niveau du sol est essentiel, a déclaré Corentin Bisot, biophysicien de l’AMOLF et co-auteur de l’étude.
« Nous sommes encore loin de comprendre complètement comment, si vous avez une prairie à côté et que vous souhaitez y (augmenter) les microbes et les champignons », a déclaré Bisot. « Nous n’avons pas la boîte à outils pour vous permettre de le faire. »
Cette étude, a déclaré Stewart, n’est que la première carte. Et comme les premières cartes de la Californie dessinées par les Espagnols, qui présentaient l’État comme une île, dit-il, de nouvelles découvertes sur la densité des réseaux de champignons à travers le monde permettront au public de mieux les comprendre.
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