برخی قارچهای کلاهکدار با آزادکردن بخار آب، هوای اطراف کلاهک را خنک میکنند و جریانهای همرفتی کوچکی میسازند که به انتشار اسپور کمک میکند. بعضی اسپورها و پروتئینهای قارچی نیز میتوانند تشکیل بلور یخ در ابرهای سرد را آسانتر کنند. شبکههای قارچی خاک هم در رشد گیاهان و چرخه کربن حضور دارند. این شواهد از اثرگذاری قارچها بر محیط و بعضی فرایندهای جوی پشتیبانی میکنند؛ نه کنترل ارادی باران یا آبوهوا.
توانایی قارچها برای کنترل آب و هوا زمانی عجیب به نظر میرسد که قارچ را فقط همان اندام باردهای بدانیم که روی خاک یا تنه درخت دیده میشود. اما این بخش نمایان، تنها یکی از ساختارهای قارچ است. شبکه میسلیوم در بستر، اسپورهای میکروسکوپی در هوا و ترکیبات ترشحشده از سلولهای قارچی هرکدام میتوانند با محیط اطراف تعامل داشته باشند.
واژه Fungi نیز فقط به قارچهای کلاهکدار اشاره ندارد. مخمرها، کپکها و گروههای متعدد میکروسکوپی در فرمانرو قارچها قرار میگیرند. به همین دلیل، وقتی از رابطه قارچ و آبوهوا حرف میزنیم، باید مشخص کنیم منظور کدام قارچ و کدام سازوکار است.
آیا قارچها واقعاً آب و هوا را کنترل میکنند؟
در این موضوع، واژه «کنترل» باید با احتیاط بهکار رود. قارچها نمیتوانند در هر شرایطی باران یا باد ایجاد کنند؛ اما شواهد نشان میدهد بعضی از آنها محیط نزدیک خود را تغییر میدهند و بعضی ذرات قارچی نیز در فرایندهای جوی حضور دارند.
سه پدیده متفاوت در این زمینه بررسی شدهاند:
- تولید جریانهای کوچک هوا در اطراف کلاهک برای انتشار اسپور؛
- مشارکت بعضی اسپورها و پروتئینهای قارچی در هستهزایی یخ داخل ابر؛
- نقش قارچهای خاک، چوب و آب در رشد گیاهان و جابهجایی کربن.
یک تفکیک مهم:
باد بسیار ضعیف اطراف یک قارچ با سامانه باد منطقهای یکسان نیست. هستهزایی یخ هم بهتنهایی بارندگی را تضمین نمیکند. همچنین حضور قارچها در چرخه کربن را نباید با ساختن باران یکی دانست.
تولید بادهای کوچک توسط قارچها
مدتها تصور میشد قارچهای کلاهکدار پس از آزادکردن اسپور، کاملاً به جریان هوای محیط وابستهاند. در این برداشت، قارچ اسپور را از سطح تیغه یا منفذ جدا میکرد و ادامه جابهجایی بر عهده باد بود. فیلمبرداری سریع و مدلسازی حرکت هوا نشان داد این تصویر کامل نیست.
قارچ مقدار قابلتوجهی آب از سطح کلاهک و بافتهای خود آزاد میکند. تبخیر آب، هوای نزدیک کلاهک را خنکتر و متراکمتر میسازد. اختلاف دما و چگالی میان این هوا و محیط اطراف، جریان همرفتی کوچکی ایجاد میکند. همین حرکت میتواند اسپورها را از فضای کمارتفاع زیر کلاهک خارج کند و به لایههای متحرکتر هوا برساند.
پژوهش اصلی درباره جریان همرفتی و انتشار اسپور قارچ نشان داد این جریانها میتوانند اسپور را با سرعت چند سانتیمتر در ثانیه جابهجا و از شکافهای کوتاه اطراف قارچ خارج کنند. پژوهشگران این رفتار را در قارچ صدفی و قارچ شیتاکه بررسی کردند.
چرا این جریان کوچک برای قارچ مفید است؟
هوای زیر کلاهک ممکن است تقریباً ساکن باشد، بهویژه وقتی چند قارچ نزدیک هم رشد کردهاند یا فاصله کلاهک با سطح بستر کم است. اگر اسپور فقط چند میلیمتر سقوط کند، احتمال دارد روی همان بستر یا کنار قارچ مادر باقی بماند. جریان همرفتی، اسپور را به ارتفاعی میرساند که بادهای ضعیف محیط بتوانند آن را دورتر ببرند.
یک قارچ میتواند شمار زیادی هاگ یا اسپور تولید کند، اما فقط بخشی از آنها به محیطی مناسب برای جوانهزنی میرسند. هر سازوکاری که اسپور را اندکی دورتر از قارچ مادر ببرد، میتواند احتمال رسیدن آن به بستر تازه را افزایش دهد.
این فرایند با تولید بذر کشاورزی تفاوت دارد. اسپور قارچ را نیز نباید با بذر قارچ یا اسپان یکی دانست. اسپان مادهای است که میسلیوم زنده روی آن رشد کرده و برای تلقیح بستر کشت بهکار میرود؛ اسپور واحد تولیدمثلی و پراکنشی بسیاری از قارچهاست.
اسپور قارچ چگونه وارد جو میشود؟
جریان ایجادشده اطراف کلاهک فقط شروع جابهجایی است. پس از آن، آشفتگی هوا، باد، رطوبت، بارش و ویژگی سطح اسپور تعیین میکنند ذره چه مدت در جو باقی بماند. اسپورهای سبک ممکن است همراه جریان صعودی از سطح زمین فاصله بگیرند؛ در مقابل، بسیاری از اسپورها نزدیک محل آزادشدن تهنشین یا با باران از هوا شسته میشوند.
زمان و روش آزادسازی اسپور میان گونهها یکسان نیست. بعضی قارچها اسپور را فعالانه پرتاب میکنند و بعضی برای جداشدن آن به حرکت هوا یا تغییر رطوبت وابستهاند. مقاله روش تولیدمثل و پراکنش اسپور قارچ تفاوت ساختارهای تولیدمثلی و نقش میسلیوم را توضیح میدهد.
اسپورهای قارچی چگونه بر ابر و بارش اثر میگذارند؟
قطرههای کوچک و تمیز آب در ابر میتوانند در دماهای زیر صفر همچنان مایع بمانند. به این وضعیت «آب فوقسرد» گفته میشود. برای آغاز انجماد، حضور ذرهای که مولکولهای آب را به آرایش مناسب برای تشکیل بلور نزدیک کند، کمککننده است. این ذرات با نام ذرات هستهزای یخ یا INP شناخته میشوند.
غبار معدنی، دوده و برخی ذرات زیستی میتوانند هستهزای یخ باشند. مطالعه منتشرشده در Atmospheric Chemistry and Physics درباره اسپورهای قارچی جو در یک ایستگاه زیرقطبی اروپا، میان ذرات زیستی هوابرد و ذرات هستهزای فعال در دمای منفی ۱۳٫۵ درجه سانتیگراد همبستگی بالایی یافت.
بررسی DNA محیطی نیز نشان داد بخش قابلتوجهی از ذرات زیستی منشأ قارچی دارند. بااینحال، پژوهشگران نتوانستند گونه مسئول را با دقت تعیین کنند. تنها تعداد کمی از جنسهای شناساییشده پیشتر از نظر فعالیت هستهزایی آزمایش شده بودند.
وجود هسته یخ کافی نیست:
بلور اولیه باید در ابر رشد کند، با قطرات یا بلورهای دیگر برخورد داشته باشد و به اندازه مناسب برسد. اگر دما، رطوبت و جریان عمودی هوا مناسب نباشد، ذره ممکن است پیش از رسیدن به زمین تبخیر شود.
پروتئینهای قارچی چگونه آب را منجمد میکنند؟
در بعضی قارچها، عامل هستهزایی فقط سطح اسپور نیست. این قارچها پروتئینهایی به محیط ترشح میکنند که میتوانند در آب تجمع پیدا کنند و بستری برای آغاز بلور یخ بسازند. پژوهش منتشرشده در PNAS درباره ساختار پروتئینهای هستهزای قارچی نشان داد زیرواحدهای پروتئینی کوچک با کنار هم قرارگرفتن، مجتمعهای فعالتری ایجاد میکنند.
خانواده Mortierellaceae و ژن InaZ
در پژوهشی که سال ۲۰۲۶ منتشر شد، دانشمندان ژنهای هستهزایی یخ را در اعضایی از خانواده Mortierellaceae بررسی کردند. نتایج مطالعه اصلی Science Advances درباره پروتئینهای قارچی نشان داد این قارچها توالی ژنی نزدیک به ژن باکتریایی InaZ دارند.
وقتی ژن قارچی به مخمر منتقل شد، مخمر نیز توان هستهزایی یخ پیدا کرد. این آزمایش نقش مستقیم ژن را پشتیبانی کرد. تحلیل تبارزایی نشان داد جد قارچ احتمالاً این ویژگی را در گذشته از باکتری دریافت کرده است؛ رخدادی که انتقال افقی ژن نام دارد. پروتئین قارچی با نمونه باکتریایی تفاوتهایی دارد. این پروتئین محلول در آب و قابل ترشح است؛ ویژگیای که میتواند انتشار آن در محیط را آسانتر کند.
از قارچ روی زمین تا باران در ابر
برای آنکه یک ذره قارچی در بارش سهم داشته باشد، چند مرحله باید پشت سر هم رخ دهد. نبود هرکدام میتواند این زنجیره را متوقف کند:
- قارچ، اسپور یا پروتئین هستهزای یخ آزاد میکند.
- جریان هوا ذره را از سطح زمین دور میکند.
- ذره وارد بخشی از ابر میشود که آب فوقسرد دارد.
- بلور اولیه یخ روی ذره یا در کنار پروتئین شکل میگیرد.
- بلور با جذب بخار آب یا برخورد با قطرات دیگر رشد میکند.
- ذره در صورت رسیدن به اندازه مناسب، به شکل برف یا پس از ذوبشدن به صورت باران سقوط میکند.
اسپورها در ابرهای گرمتر نیز با آب تعامل دارند. مطالعه Mushrooms as Rainmakers درباره تشکیل قطره روی اسپورها نشان داد بعضی اسپورهای قارچهای کلاهکدار میتوانند بخار آب را جذب و قطرههایی روی سطح خود ایجاد کنند. این پدیده با هستهزایی یخ تفاوت دارد، هرچند هر دو از ویژگی سطح ذرات قارچی تأثیر میپذیرند.
آیا همه قارچها میتوانند بر بارش اثر بگذارند؟
خیر. اندازه، شکل، دیواره، ترکیبات سطحی و پروتئینهای اسپورها متفاوتاند. بعضی گونهها در دمای نسبتاً بالاتر از دیگر ذرات زیستی یخ تشکیل میدهند و بسیاری از قارچهای آزمایششده فعالیت اندک یا غیرقابلاندازهگیری داشتهاند.
همه ساختارهای قارچی نیز وظیفه یکسان ندارند. کلامیدوسپور، برای مثال، ساختاری ضخیمدیواره است که در بسیاری از گونهها بیشتر با دوامآوردن در شرایط نامساعد ارتباط دارد. راهنمای کلامیدوسپور و ساختارهای مقاوم قارچی این تمایز را توضیح میدهد.
قارچها، جنگلها و تغییرات اقلیمی
تأثیر قارچها بر بارش تنها بخش رابطه آنها با محیط است. در جنگل، بخش بزرگی از فعالیت قارچی زیر خاک رخ میدهد. قارچهای میکوریزا با ریشه گیاهان ارتباط برقرار میکنند؛ گیاه بخشی از ترکیبات کربنی حاصل از فتوسنتز را در اختیار قارچ میگذارد و قارچ به جذب آب و عناصر غذایی کمک میکند.
نوع قارچ همزیست میتواند بر پاسخ گیاه به افزایش دیاکسیدکربن اثر بگذارد. پژوهشگران با بررسی ۸۳ آزمایش غنیسازی دیاکسیدکربن دریافتند گیاهان دارای همزیستی اکتومیکوریزایی در شرایط محدودیت نیتروژن، پاسخ رشدی متفاوتی از گیاهان مرتبط با قارچهای میکوریزای آربوسکولار نشان میدهند. گزارش امپریال کالج درباره میکوریزا و جذب کربن گیاهان تأکید میکند که دسترسی به نیتروژن و نوع همزیستی باید همزمان در نظر گرفته شوند.
این نتیجه به آن معنا نیست که قارچ بهتنهایی کربن جو را حذف میکند. درخت دیاکسیدکربن را با فتوسنتز جذب میکند و قارچ بر دسترسی گیاه به منابع، رشد ریشه و سرنوشت بخشی از کربن در خاک اثر میگذارد. نتیجه نهایی به گونه درخت، نوع قارچ، خاک، دما، رطوبت و مواد غذایی وابسته است.
قارچهای وحشی و جابهجایی کربن
قارچهای وحشی روی چوب، برگ، خاک، جلبک و بقایای آلی زندگی میکنند. برخی تجزیهکنندهاند، برخی با گیاه همزیستی دارند و گروهی انگل موجودات دیگرند. بنابراین نمیتوان برای همه آنها یک نقش اقلیمی واحد تعریف کرد.
قارچهای سفیدپوس توان بالایی در تجزیه لیگنین دارند؛ پلیمر سختی که بخشی از ساختار دیواره سلولی گیاهان چوبی را میسازد. دانشمندان مدتها میدانستند این قارچها لیگنین را در خارج سلول میشکنند، اما سرنوشت ترکیبات حاصل کاملاً روشن نبود.
مصرف کربن حاصل از لیگنین
پژوهشگران با استفاده از ترکیبات نشاندار بررسی کردند که آیا قارچ سفیدپوس فقط برای دسترسی به سلولز، لیگنین را کنار میزند یا میتواند محصولات تجزیه آن را مصرف کند. نتایج پژوهش PNAS درباره مصرف لیگنین توسط قارچ سفیدپوس نشان داد این قارچها بخشی از ترکیبات حاصل از شکستن لیگنین را جذب و در سوختوساز و رشد خود استفاده میکنند.
این یافته جایگاه قارچهای سفیدپوس را در چرخه کربن روشنتر میکند؛ اما نباید از آن نتیجه گرفت که تمام کربن لیگنین برای مدت طولانی در خاک باقی میماند. بخشی وارد زیستتوده قارچی میشود، بخشی در زنجیره غذایی جابهجا میشود و بخشی نیز طی تنفس و تجزیه دوباره به دیاکسیدکربن تبدیل خواهد شد.
برای شناخت تفاوت قارچهای تجزیهکننده با قارچهای همزیست و بیماریزا میتوان به راهنمای قارچهای ساپروتروف و نقش آنها در اکوسیستم مراجعه کرد.
قارچهای انگلی جلبک و مسیر کربن در آب
قارچها فقط در جنگل و خاک فعالیت نمیکنند. بعضی قارچهای انگلی به جلبکهای میکروسکوپی و دیاتومها در دریاچه یا اقیانوس حمله میکنند و بخشی از کربن تثبیتشده بهوسیله فتوسنتز را به زیستتوده قارچی انتقال میدهند.
در مطالعه PNAS درباره میانبر قارچی در شبکه غذایی آب، قارچهای انگلی در شرایط بررسیشده تا حدود ۲۰ درصد کربن تثبیتشده توسط دیاتومها را دریافت کردند. این انتقال میتواند بخشی از کربن را از حلقه میکروبی به جانداران بزرگتری ببرد که قارچ را مصرف میکنند.
این فرایند به معنای انتقال خودکار همان مقدار کربن به رسوبات عمیق نیست. سرنوشت نهایی کربن به نوع شبکه غذایی، مصرفکنندگان، تجزیه زیستتوده و تهنشینی ذرات وابسته است. نکته اصلی، دیدهشدن قارچها بهعنوان عضوی فعال در مسیر کربن محیطهای آبی است.
| سازوکار | مقیاس اثر | شاهد موجود | محدودیت تفسیر |
|---|---|---|---|
| جریان همرفتی کنار کلاهک | اطراف قارچ | فیلمبرداری و مدلسازی انتشار اسپور | معادل تولید باد منطقهای نیست |
| هستهزایی یخ | ابر و جو | آزمایش پروتئین و مشاهده ذرات هوابرد | میزان اثر بر بارش واقعی هنوز روشن نیست |
| همزیستی میکوریزایی | خاک و جنگل | تغییر پاسخ رشد گیاه به دیاکسیدکربن | اثر به نوع قارچ و مواد غذایی خاک وابسته است |
| تجزیه لیگنین و شبکه غذایی | خاک، چوب و آب | ردیابی کربن در زیستتوده قارچی | همه کربن الزاماً ذخیره بلندمدت نمیشود |
آیا میتوان از قارچها برای بارورسازی ابرها استفاده کرد؟
پروتئینهای قارچی بهدلیل محلولبودن و فعالیت هستهزایی، برای فناوریهای انجماد و احتمالاً بارورسازی ابرها مورد توجه قرار گرفتهاند. بااینحال، انتقال یک نتیجه آزمایشگاهی به عملیات جوی به بررسیهای بیشتری نیاز دارد.
پیش از چنین کاربردی باید تولیدپذیری، پایداری پروتئین در جو، ایمنی تنفسی، اثرهای اکولوژیک و کارایی آن در انواع ابر ارزیابی شود. بارورسازی ابر نیز فقط زمانی امکان اثرگذاری دارد که ابر مناسب از قبل وجود داشته باشد؛ این فناوری نمیتواند از آسمان صاف باران تولید کند.
جمعبندی
توانایی قارچها برای کنترل آب و هوا را باید مجموعهای از اثرهای کوچک اما قابلاندازهگیری دانست. قارچهای کلاهکدار میتوانند با تبخیر آب، جریان هوایی بسازند که اسپور را از کنار کلاهک دور میکند. بعضی اسپورها و پروتئینها نیز تشکیل بلور یخ را آسانتر میکنند و ممکن است در شرایط مناسب در بارش سهم داشته باشند.
در مقیاسی دیگر، قارچهای میکوریزایی، سفیدپوس و آبزی در رشد گیاهان و جابهجایی کربن حضور دارند. هیچکدام از این شواهد به معنای توان قارچ برای فرماندادن به باد، باران یا اقلیم نیست. تعبیر علمیتر این است: قارچها بخشی از سامانه زیستی پیچیدهای هستند که خاک، گیاه، جو و آب را به هم متصل میکند.
برای مطالعه ساختارهای زیستی، پرورش و نقشهای اکولوژیک قارچ میتوانید از مجموعه مبانی علمی قارچشناسی استفاده کنید.
سؤالات متداول
-
۱. آیا قارچها واقعاً باد تولید میکنند؟
بعضی قارچهای کلاهکدار با تبخیر آب، هوای اطراف خود را خنک میکنند. اختلاف دما جریان همرفتی ضعیفی ایجاد میکند که برای دورکردن اسپور از زیر کلاهک مفید است؛ اما این جریان با باد منطقهای قابل مقایسه نیست.
-
۲. آیا اسپور قارچ میتواند باعث بارش شود؟
برخی اسپورها میتوانند بهعنوان ذره هستهزای یخ عمل کنند و تشکیل بلور را در ابر سرد آسانتر سازند. شکلگیری بارش، افزون بر این ذرات، به دما، رطوبت، ساختار ابر و جریان هوا وابسته است.
-
۳. آیا همه قارچها پروتئین هستهزای یخ دارند؟
خیر. این توان فقط در بعضی گروهها گزارش شده و فعالیت آن میان گونهها و دماهای مختلف تفاوت دارد. بیشتر قارچهای موجود در طبیعت هنوز از این نظر بررسی نشدهاند.
-
۴. قارچها چگونه در چرخه کربن مشارکت میکنند؟
قارچها با گیاهان همزیستی دارند، مواد آلی را تجزیه میکنند و کربن را وارد زیستتوده و شبکه غذایی میکنند. بخشی از این کربن در خاک یا رسوبات باقی میماند و بخشی طی تنفس و تجزیه دوباره آزاد میشود.
-
۵. آیا پروتئین قارچی میتواند در بارورسازی ابر استفاده شود؟
این کاربرد هنوز در مرحله پژوهش است. کارایی میدانی، ایمنی، پایداری و پیامدهای محیطی پروتئین باید پیش از استفاده گسترده ارزیابی شود.
بررسی و تأیید محتوا
نویسنده:
تیم محتوای هاگ
بازبینی و تأیید علمی:
تحریریه علمی هاگ
هدف از این بازبینی، ارائه محتوایی دقیق، کاربردی و قابل اتکا برای علاقهمندان، تولیدکنندگان و فعالان حوزه قارچ است.
