Naturen är full av symbiotiska relationer, några av dem äger rum utom synhåll, som det rika underjordiska utbytet av näringsämnen som uppstår mellan träd och jordsvampar.

Men det som händer i mörkret kan ha djupa konsekvenser ovan jord, också:En stor ny studie avslöjar att jordsvampar kan spela en betydande roll för skogens förmåga att anpassa sig till miljöförändringar.

Kai Zhu, biträdande professor i miljöstudier vid UC Santa Cruz, tog en unik "big data" -metod för att undersöka rollen som symbiotiska svampar i trädvandring i skogar över östra USA.

"Vårt klimat förändras snabbt, och våra skogar svarar, men i mycket långsam rörelse - det är knappt detekterbart, "sa Zhu, som ville identifiera faktorer som bidrar till takten i det svaret.

I skogar, trädtillväxt beror till stor del på näringsämnena som finns i jorden, medan överföringen av kol genom rötter till marken reglerar ekosystemprocesser. Mycorrhizal ("MY-koe-RY-zull") svampar växer på rötterna på de flesta växter och driver näringsämnet-kolutbytet mellan växter och jord:De tar upp koldioxidresurser från sina värdar och tillhandahåller marknäringsämnen som växter behöver. De två vanligaste svamparna i samband med skogsträd är ectomycorrhizal (ECM), som växer på barrträd, inklusive tallar, ekar, och bok, och arbuskulär (AM), som växer på de flesta barrträd, som lönnar.

Zhu använde data från US Department of Agriculture's Forest Inventory and Analysis -program för att undersöka hur jordens kol- och kvävehalter skiljer sig åt mellan skogar som kännetecknas av "AM -dominerande" träd och "ECM -dominerande" träd. Han korrelerade fördelningen av träd med jordsvampar och innehåll, analyserade sedan fördelningen av träd efter svamptyp. I det mest betydande fyndet, Zhu kunde identifiera distinkta markkväve "signaturer" som påverkar mark och ekosystem på sätt som kan avgöra skogens motståndskraft mot det förändrade klimatet.

Specifikt, jordens kol-kväve-förhållanden ökar med större ECM-dominans-även efter att ha tagit hänsyn till klimatet, markstruktur, och bladkväve. Dessutom, ECM -dominans är mer förknippad med lågt markkväve snarare än högt jordkol.

"Dessa fynd tyder på att AM- och ECM -träd har differentiell framgång längs kvävefertilitetsgradienter, eller kanske att AM- och ECM -träd främjar skillnader i cykelhastigheter för kol och kväve på grund av egenskaper i samband med kväveförvärv, "sa han." Båda processerna kan ske samtidigt, vilket leder till en självförstärkande positiv växt-jordåterkoppling. "

Zhus fynd tyder på att mycorrhizal guild kan vara ett framväxande "funktionellt drag".

Funktionella drag är de som definierar arter i termer av deras ekologiska roller - hur de interagerar med miljön och med andra arter. Som sådan, de är förutsägbara och lätt att mäta från marken eller via satellit, vilket gör dem särskilt värdefulla för forskare som övervakar miljöresponser mot klimatförändringar. "De berättar hur ekosystemet reagerar, sa Zhu.

"Det finns inga bevis för att östra skogar flyttar sina geografiska områden till högre breddgrader som svar på uppvärmningstemperaturer, "sade Zhu." Men att förstå hur mykorrhizala relationer påverkar ekosystem kommer att hjälpa oss att förutsäga hur skogar kommer att reagera på globala förändringar. "

Zhus studie, publicerad i Journal of Ecology , är en av de första som använde USDA:s storskaliga datamängd för att se hur klimatförändringar påverkar ekosystemet, ett tillvägagångssätt som kallas "top down" snarare än "bottom up".

Som kvantitativ miljövetare, Zhu tar med sig statistik- och datavetenskapens verktyg för att studera global ekologi. Istället för att mäta svampegenskaper i jorden och skala upp, Zhu använder befintlig data-inklusive storskaliga datamängder som genereras av satelliter-för att titta på mönster och processer som spelar ut på kontinentala och globala skalor. "Big data blir mer och mer populärt och kraftfullt, "sa han." Det skiljer sig från traditionell forskning inom ekologi, som äger rum i ett laboratorium eller på fältet. "

Zhu, vars bakgrund är inom fysik och systemteori, ger en enorm brådska till hans arbete med klimatförändringar. Hans forskning fokuserar på fyra områden:skogens ekosystem, gräsmark, jord, och fenologi, som Zhu beskriver som "naturens kalender".

Zhu är fast besluten att ge solida bidrag till ett område där mycket av bevisen är ofullständiga och övertygande.

"Vi vet att miljön förändras, men hur det påverkar jorden och dess system är en stor fråga, "sa han." Som forskare, vi har ansvaret för att lösa detta problem korrekt - det är ett problem som är viktigt för forskare och allmänheten. "