Bedrog in de grond: waarom en hoe orchideeën schimmels uitbuiten

De meeste planten zouden niet kunnen voortbestaan zonder hun ondergrondse samenwerking met zogenaamde mycorrhiza-schimmels. Hierin verruilen planten hun fotosynthetische koolstof voor essentiële voedingsstoffen afkomstig van de mycorrhiza-schimmels. Dit wederzijdse voordeel is al 450 miljoen jaar geleden ontstaan en is een vorm van symbiose.

Orchideeën overtreden echter de regels van deze fijne samenleving. Ze bedriegen hun schimmelpartners, gedurende een deel of tijdens de hele duur van hun leven, door ze uit te buiten. Waarom en hoe het wederzijdse voordeel uitvalt binnen de orchideeënfamilie vormt een evolutionair mysterie, dat onderzoekers van Naturalis duidelijker in kaart proberen te krijgen.

Ontsnapt aan de dood

Mycoheterotrofie is een symbiotische relatie tussen bepaalde soorten planten en schimmels, waarbij de plant zijn voedsel geheel of gedeeltelijk uit schimmels verkrijgt in plaats van via fotosynthese. Alle orchideeën zijn afhankelijk van mycorrhiza-schimmels om hun minuscule zaadjes te laten ontkiemen. Hoewel de meeste orchideeën afhankelijk van koolstofdioxide worden als ze groene volwassenen zijn, blijven sommige hun schimmelpartners uitbuiten.

Volledig mycoheterotrofe orchideeën hebben een bladloos uiterlijk (zoals te zien in de leadfoto) en kunnen daarom geen fotosynthese uitvoeren. Fascinerend is dat het verlies aan fotosynthese wordt vervangen door het uitbuiten van bepaalde mycorrhiza-schimmels. Op deze manier slagen volledig mycoheterotrofe orchideeën er alsnog in om aan het lot van de dood te ontsnappen. Gedeeltelijk mycoheterotrofe orchideeën kunnen fotosynthese uitvoeren en tegelijkertijd mycorrhiza-schimmels uitbuiten. Dit komt handig van pas als de orchidee zich moet aanpassen aan verschillende leefomstandigheden, zoals de mate van lichtintensiteit.

Onderzoekers van Naturalis Biodiversity Center hebben door middel van evolutionaire reconstructies ontdekt dat in de orchideeënstamboom volledige mycoheterotrofie ten minste zeventien keer - onafhankelijk van elkaar - is ontstaan. De ontdekte verschuivingen naar mycoheterotrofie bij orchideeën zijn spectaculair, omdat geen enkele andere plantenfamilie zo'n hoge frequentie van verschuivingen vertoont in hun evolutionaire stamboom.

Duidelijke partnerkeuze

De afgelopen jaren is er dankzij moleculaire technieken een breed scala aan schimmelpartners in orchideeënwortels geïdentificeerd. De nieuwe studie laat een algemeen patroon in partnervoorkeur van orchideeën zien. Orchideeën die afhankelijk zijn van koolstofdioxide hebben de voorkeur voor ‘rhizoctonia'-schimmels, terwijl de voorkeur van mycoheterotrofe orchideeën uitgaat naar ectomycorrhiza-schimmels (ECM).

De studie toont bovendien aan dat verschuivingen in de voedingswijze van orchideeën, van koolstofdioxide-afhankelijk naar mycoheterotrofie, vaak ook gepaard gaat met verschuivingen in schimmelpartners. Verschuivingen in schimmelpartners bevorderen dus geleidelijk de evolutie van mycoheterotrofie en leiden tot verlies van fotosynthese bij orchideeën.

Meer informatie

• Benieuwd naar verdere details van dit onderzoek? Lees de volledige publicatie in het tijdschrift New Phytologist.

Tekst: Deyi Wang, Vincent Merckx en Amy van Nobelen, Naturalis Biodiversity Center
Foto's: Deyi Wang (leadfoto: de bladloze orchidee Gastodia elata is volledig mycoheterotroof)