Den vanliga fläckiga orkidén (Dactylorhiza fuchsii) finns över hela Storbritannien. Dessa orkidéer producerar små frön som kan bäras var som helst med vinden, men de uppträder ofta i klumpar med små plantor som växer nära mogna växter. Detta fenomen har förbryllat ekologer sedan Darwins tid, och den exakta orsaken är fortfarande ett mysterium.
En ny studie, ledd av forskare från University of Sheffield i samarbete med University of Manchester, ger det första beviset på att orkidéplantor i tidiga skeden gror och frodas nära vuxna växter på grund av en sorts föräldrafostran med hjälp av underjordiska svampnätverk.
Forskare undersökte idén att svampnätverk, kända som mykorrhizanätverk, fungerar som en direkt väg för etablerade orkidéväxter att dela nyligen producerade sockerarter med plantor under utveckling.
Professor Katie Field, medförfattare till studien och professor i växt-jordprocesser vid University of Sheffields School of Biosciences, sa:"Våra resultat stödjer idén att vissa orkidéer engagerar sig i en form av "föräldrafostran" med sina plantor.
"Genom att förse plantor i tidiga skeden med viktiga näringsämnen via delade svampförbindelser ger föräldraorkidéerna plantorna en fördel gentemot närliggande växter som konkurrerar om samma resurser.
"Det här fyndet är spännande eftersom varför dessa orkidéer ofta finns i klumpar, trots att deras frön är vindspridda, har varit ett pussel i hundratals år."
Studien fokuserade på den vanliga fläckiga orkidén och dess svamppartner, Ceratobasidium cornigerum. Forskare skapade ett system där mogna, gröna orkidéer kopplades till utvecklande, klorofyllfria plantor genom ett svampnätverk som odlats på agar.
De mogna plantorna exponerades sedan för en speciell form av koldioxid som kunde spåras inom systemet.
Så här fungerade det:
Resultaten var tydliga, plantorna ackumulerade det märkta kolet, vilket tydde på att de fick stöd av de vuxna plantorna. Genom att spåra kolets rörelse visade studien att de mogna orkidéerna verkligen delade sina nyligen producerade sockerarter med plantorna genom svampnätverket.
Sir David Read, professor emeritus i växtvetenskap från University of Sheffield och huvudförfattare till studien, sa:"Medan fröna från de flesta växter, till exempel baljväxter (ärtor, bönor) och gräs (ris, majs, vete) är helt försedda med matreserver av sina föräldraväxter, får orkidéernas så kallade dammfrön otillräckliga reserver från föräldrarna för att utvecklas på egen hand.
"De produceras istället i miljontals av varje enskild moderorkidéplanta från vilken de sprids, av vinden, till den omgivande miljön. Till och med Charles Darwin var förbryllad över denna strategi, och antydde att även om den skulle möjliggöra frön av en enskild orkidéväxt att vara så brett spridd att det inom några år kunde kolonisera hela världen. Han observerade att deras misslyckande att göra det 'inte kunde förstås vid denna tidpunkt'.
"Vad som nu avslöjas är att den underjordiska utvecklingen av dessa i huvudsak reservfria frön kan stödjas av fotosyntetiskt producerade sockerarter som transporteras till dem från mogna växter som växer ovan jord genom ett delat mycelium av symbiotiska svampar."
Resultaten av studien, publicerade i New Phytologist , visa mängden kol som överförs verkade bero på miljön. När svampen hade tillgång till en rikare födokälla (havregrynsagar) överfördes mindre kol till plantan. Detta tyder på att styrkan i efterfrågan från plantorna kan påverka flödet av näringsämnen genom nätverket.
Denna forskning har viktiga implikationer för att förstå orkidéekologi och bevarandeinsatser. Genom att inse vikten av svampkopplingar kan forskare utveckla bättre strategier för att skydda dessa unika och ofta hotade växter.
Nästa steg är att undersöka denna teori i den naturliga livsmiljö som orkidéerna finns i och att titta på om detta gäller andra arter.
Mer information: David J. Read et al, Fotosyntatöverföring från en autotrofisk orkidé till konspecifika heterotrofa protokormer genom ett gemensamt mykorrhizanätverk, New Phytologist (2024). DOI:10.1111/nph.19810
Journalinformation: Ny fytolog
Tillhandahålls av University of Sheffield
