För de flesta människor, eld symboliserar förstörelse och död. Ändå anpassar sig naturen ofta till eld och kan använda den som en kreativ kraft. Till exempel, i tallsavannerna i sydöstra USA, eld fungerar som en puppa från vilken gräsmarker och skogar sprider nya stjälkar och vecklar ut färska löv.

Jacob Hopkins, en doktorand vid Kansas Biological Survey och Department of Ecology &Evolutionary Biology vid University of Kansas, forskar om hur en dold bundsförvant hjälper växter och träd i detta ekosystem att blomstra med eld:svamparna som lever i jorden och bland sönderfallande löv och växtmaterial ovanpå jorden, kallas strö.

"På tallsavannerna, vi tänker på brand som en återställningsbrytare, ", sa Hopkins. "Det hindrar tallarna från att ta över och kan förhindra att invasiva arter kommer in. Det föryngrar ekosystemet, och efter att ekosystemet brinner ser vi en större mångfald av arter - särskilt gräsmarksarter."

Med ett nyligen tillkännagivet National Science Foundation Graduate Research Fellowship, Hopkins kommer att ägna de kommande åren åt att undersöka sambandet mellan eld och hur svampar och växter på tallsavannan stödjer varandra, kallad "mutualisms". NSF Graduate Research Fellowships betalar USA-medborgare $34, 000 per år plus 12 USD, 000:- för utbildningsbidrag under tre år.

"En växt-svamp mutualism är när en mykorrhiza svampart bildar en association med en värdväxts rötter, " Hopkins sa. "Det kommer ofta att finnas ett utbyte av resurser mellan de två. Med gräsmarksarter, svampar ger växter fosfor och får kol eller socker i gengäld. Men vi ser också mutualismer i träd, där träd får kväve från svampar och svampar, i tur och ordning, ta emot kol eller socker. Att bilda dessa föreningar kan hjälpa växter att motstå attacker av insekter eller patogener, eller det kan öka växtens konkurrensförmåga för att växa i ett ekosystem."

Hopkins arbete kommer att omfatta fältstudier av tallsavannar i sydöstra USA, där han kommer att bedöma växt- och jordsamhällen före och efter bränning, och se hur växt-svamp-mutualismer främjar jämvikt och brandanpassning i ekosystemet.

"Jag har åkt till Georgia flera gånger, " sa han. "Vi tar jordkärnor från olika tomter som vi har förvalt för att övervaka bakterie- och svampdiversitet. Vi tittar på nedbrytning av växtskräp av svampar, bakterie, samt vissa mikroorganismer. Med nedbrytningspåsar, vi tittar på brända kontra oförbrända – eller hur olika brandfrekvenser kan påverka svamparnas nedbrytningsförmåga och hur samma växtströ fungerar som bränsle för framtida platser."

KU-studenten sa att tallsavanner inte bara är vetenskapligt djupgående, men vackert att se.

"Du kommer att se dessa gigantiska träd - vissa är över 600 år gamla och har de största stammarna du någonsin sett på ett träd som är flera våningar högt, " sa Hopkins. "Precis bredvid, det finns jämförelsevis små gräsmarksväxter. Vi hittar ofta Gopher sköldpaddshålor, en hotad art. Där finns hackspettarna med röda halsar — ​​en riktigt snygg fågel. Vi kommer att se skallerormar där ute ibland. Det finns så mycket blommor och fauna att du alltid ser något nytt och lär dig något bara genom att observera. Det är ett bra ställe att gå för idéer för framtida experiment. Du säger, 'Åh, Jag har aldrig sett det förut! Du kan hitta mycket vetenskaplig inspiration där ute."

Tillbaka i Lawrence, Hopkins kommer att genomföra tester på prover för att avgöra vad som utgör mikroben och växtgemenskapen i tallsavannar; för att ta reda på om efter-brand-anpassade växt-mikrobiella mutualisms existerar; att se om mutualister driver förändringar i sammansättningen av skräp och producerade bränslen; och att upptäcka om eld gynnar nedbrytningshämmande växt-svamp-mutualismer.

En del av arbetet kommer att inkludera genetisk analys av det stora antalet svampar som finns i jorden, varav de flesta förblir obeskrivna av vetenskapen. I bara ett prov, Hopkins sa att det kan finnas tusentals arter.

"Från sekvenseringen, de hittade runt 12, 000 taxa—en del kan vara samma art men det finns fortfarande en hel del mångfald där, " sa han. "Vi kunde identifiera runt tusen av dem, knappt 1/12 av proverna kunde vi ge ett artnamn. I stort sett, vi kanske aldrig kan komma ikapp och ge varje art ett namn."

Hopkins nya NSF-stipendium kommer att möjliggöra forskningen, tillsammans med att hjälpa till med undervisning och utgifter när han arbetar mot en doktorsexamen under mentorskap av Benjamin Sikes, KU biträdande professor i ekologi &evolutionsbiologi och senior forskare vid Biologiska undersökningen.

"Mitt labb undersöker hur eld kan flytta markens mikrobiella samhällen och förändra hastigheten för mikrobiell nedbrytning av nya bränslen, ", sa Sikes. "Dessa data verkar visa positiv feedback, med mikrober efter brand som bromsar nedbrytningen, ökar ny bränsleuppbyggnad och därmed risken för efterföljande bränder. Jacobs föreslagna arbete fokuserar på indirekta återkopplingar som kan vara lika viktiga. Min grupp hade funderat på indirekta återkopplingar men hade inte fokuserat på växtmutualister uttryckligen. Hans hypotes är att eld kan förskjuta växt-mutualister som mykorrhizasvampar och kvävefixerande bakterier, därigenom förändra produktionen och sammansättningen av nya bränslen. Dessa effekter är viktiga att kvantifiera eftersom de kan motverka eller förvärra direkta återkopplingseffekter, och därmed förbättra vår kunskap om brandekologi och förutsägelser för brandhantering."

När vi utforskar frågor om växt-svamp-mutualism och brandanpassad tallsavanna, Hopkins sa att han hoppades få sin doktorsexamen under de kommande tre eller fyra åren.

"Jag skulle så småningom vilja bli professor och forskare, " sa han. "Jag har njutit av att titta på hur olika komponenter i ekosystem kan fungera tillsammans, och om brand förändrar mikrobiella populationer. Hur kommer det att påverka hur växterna mår eller påverka hur växtskräpet bryts ner? Vad är den större bilden? Jag skulle vilja bedriva undervisning och uppsökande på samma gång - det är lika viktigt."