Voor de meeste mensen is vuur symboliseert vernietiging en dood. Toch past de natuur zich vaak aan vuur aan en kan het als een scheppende kracht hanteren. Bijvoorbeeld, in de dennen savannes van het zuidoosten van de V.S., vuur fungeert als een pop waaruit graslanden en bossen nieuwe stengels verspreiden en verse bladeren ontvouwen.

Jacob Hopkins, een afgestudeerde student bij de Kansas Biological Survey en de afdeling Ecology &Evolutionary Biology aan de Universiteit van Kansas, onderzoekt hoe een verborgen bondgenoot planten en bomen in dit ecosysteem helpt gedijen met vuur:de schimmels die in de bodem leven en tussen de ontbindende bladeren en plantaardig materiaal bovenop de bodem, zwerfvuil genoemd.

"In de dennen savannes, we zien vuur als een resetschakelaar, Hopkins zei. "Het voorkomt dat de dennen het overnemen en kan voorkomen dat invasieve soorten binnenkomen. Het verjongt het ecosysteem, en nadat het ecosysteem is verbrand, zien we een grotere diversiteit aan soorten, met name graslandsoorten."

Met een onlangs aangekondigde National Science Foundation Graduate Research Fellowship, Hopkins gaat de komende jaren onderzoek doen naar de relatie tussen vuur en de manier waarop schimmels en planten in dennensavannes elkaar ondersteunen, "mutualismen" genoemd. De NSF Graduate Research Fellowships betalen Amerikaanse staatsburgers $ 34, 000 per jaar plus een $12, 000 onderwijskostenvergoeding over drie jaar.

"Een plant-schimmel mutualisme is wanneer een mycorrhiza-schimmelsoort een associatie vormt met de wortels van een waardplant, Hopkins zei. "Er zal vaak een uitwisseling van middelen zijn tussen de twee. Met graslandsoorten, schimmels geven planten fosfor en krijgen daarvoor koolstof of suiker terug. Maar we zien ook mutualismen in bomen, waar bomen stikstof halen uit schimmels en schimmels, beurtelings, koolstof of suiker krijgen. Door deze associaties te vormen, kunnen planten aanvallen van insecten of ziekteverwekkers weerstaan, of het kan het concurrentievermogen van de plant vergroten om in een ecosysteem te groeien."

Het werk van Hopkins omvat veldstudies van dennensavannes in het zuidoosten van Amerika, waar hij plant- en bodemgemeenschappen voor en na verbranding zal beoordelen, en zie hoe mutualismen tussen planten en schimmels het evenwicht en de aanpassing aan vuur in het ecosysteem bevorderen.

"Ik ben verschillende keren naar Georgië geweest, " zei hij. "We nemen bodemkernen van verschillende percelen die we hebben voorgeselecteerd om de bacteriële en schimmeldiversiteit te controleren. We kijken naar de afbraak van plantenafval door schimmels, bacteriën, evenals sommige micro-organismen. Met ontbindingszakken, we kijken naar verbrand versus onverbrand - of hoe verschillende frequenties van vuur het ontbindend vermogen van schimmels kunnen beïnvloeden en hoe datzelfde plantenafval als brandstof fungeert voor toekomstige locaties."

De KU-afgestudeerde student zei dat dennensavannes niet alleen wetenschappelijk diepgaand zijn, maar prachtig om te zien.

"Je zult deze gigantische bomen zien - sommige zijn meer dan 600 jaar oud en hebben de grootste stammen die je ooit hebt gezien aan een boom van meerdere verdiepingen hoog, ' zei Hopkins. 'Ernaast, er zijn relatief kleine graslandplanten. We zullen vaak Gopher-schildpadholen vinden, een bedreigde soort. Er zijn de roodwangige spechten - een heel nette vogel. We zullen daar soms ratelslangen zien. Er is zoveel bloemen- en faunadiversiteit dat je altijd iets nieuws ziet en iets leert door gewoon te observeren. Het is een goede plek om ideeën op te doen voor toekomstige experimenten. Jij zegt, 'Oh, Dat heb ik nog nooit gezien!' Je kunt daar veel wetenschappelijke inspiratie vinden."

Terug in Laurens, Hopkins zal tests uitvoeren op monsters om te bepalen waaruit de microbe en plantengemeenschap van dennensavannes bestaat; om uit te zoeken of er post-fire aangepaste plant-microbiële mutualismen bestaan; om te zien of mutualisten veranderingen in de samenstelling van zwerfvuil en geproduceerde brandstoffen veroorzaken; en om te ontdekken of vuur de ontbindingsremmende plant-schimmel-mutualismen bevordert.

Een deel van het werk omvat genetische analyse van de grote aantallen schimmels die in de bodem aanwezig zijn, waarvan de meeste onbeschreven blijven door de wetenschap. In slechts één voorbeeld, Hopkins zei dat er duizenden soorten zouden kunnen zijn.

"Van de volgorde ze vonden rond 12, 000 taxa - sommige kunnen van dezelfde soort zijn, maar er is nog steeds behoorlijk wat diversiteit, " zei hij. "We konden er ongeveer duizend identificeren, amper 1/12e van de monsters konden we een soortnaam geven. Over het algemeen, we zullen misschien nooit in staat zijn om elke soort in te halen en een naam te geven."

Hopkins' nieuwe NSF-beurs zal het onderzoek mogelijk maken, samen met het helpen met collegegeld en onkosten terwijl hij werkt aan een doctoraat onder het mentorschap van Benjamin Sikes, KU-assistent-professor ecologie &evolutionaire biologie en senior wetenschapper bij de Biological Survey.

"Mijn laboratorium onderzoekt hoe vuur microbiële gemeenschappen in de bodem kan veranderen en de snelheid van microbiële afbraak van nieuwe brandstoffen kan veranderen, Sikes zei. "Deze gegevens lijken positieve feedback te geven, met microben na het vuur die de ontbinding vertragen, toenemende nieuwe brandstofophoping en dus het potentieel voor volgende branden. Jacobs voorgestelde werk richt zich op indirecte feedback die even belangrijk kan zijn. Mijn groep had nagedacht over indirecte feedback, maar had zich niet expliciet gericht op mutualisten van planten. Zijn hypothese is dat vuur plantenmutualisten zoals mycorrhiza-schimmels en stikstofbindende bacteriën kan verschuiven, waardoor de productie en samenstelling van nieuwe brandstoffen verandert. Deze effecten zijn van cruciaal belang om te kwantificeren omdat ze directe feedback-effecten kunnen tegengaan of verergeren, daardoor verbeteren we onze kennis van brandecologie en voorspellingen voor brandbeheer."

Bij het onderzoeken van vragen over mutualismen tussen planten en schimmels en aan vuur aangepaste dennen savanne, Hopkins zei dat hij hoopte zijn doctoraat in de komende drie of vier jaar te behalen.

"Uiteindelijk zou ik graag hoogleraar en onderzoeker willen worden, " zei hij. "Ik heb genoten van het kijken naar hoe verschillende componenten van ecosystemen kunnen samenwerken, en als vuur microbiële populaties verandert. Hoe gaat dat van invloed zijn op hoe planten het doen of op hoe plantenstrooisel wordt afgebroken? Wat is het grotere plaatje? Ik wil graag tegelijkertijd lesgeven en outreach doen - dat is net zo belangrijk."