Toby Kiers ontvangt Vici-beurs voor onderzoek naar schimmelnetwerken

Evolutionair bioloog Toby Kiers van de Vrije Universiteit Amsterdam ontvangt een Vici-beurs ter hoogte van 1,5 miljoen euro. Deze persoonsgebonden beurs van NWO is bestemd voor haar onderzoek naar hoe schimmels beslissingen nemen tijdens het drijven van handel in nutriënten met hun waardplanten. De vraag is hoe deze hersenloze organismen informatie verwerken en delen in hun complexe netwerk om de juiste handelsstrategieën uit te kunnen voeren.

14-04-2021 | 9:00

De komende vijf jaar gaat het onderzoeksteam van Toby Kiers de netwerkstructuur van schimmels in kaart brengen, met gebruik van een speciaal hiervoor ontwikkelde beeldrobot. Daarmee kunnen de onderzoekers de bewegingen van voedingsstoffen en elektrische stroom daarin meten en bestuderen. Het team bestaat uit onderzoekers van VU Amsterdam en onderzoeksinstituut AMOLF. Ook wordt er samengewerkt met Universiteit Utrecht en universiteiten in de VS en Zwitserland.

Ondergrondse marktplaatsen
In eerder werk heeft Kiers aangetoond en visueel gemaakt hoe mycorrhiza-schimmels geavanceerde handelsstrategieën gebruiken om hun opbrengsten te maximaliseren. De schimmelnetwerken in de grond wisselen voedingsstoffen uit met plantenwortels. Ze vormen ondergrondse marktplaatsen om voedingsstoffen die ze in de bodem verzamelen, te verhandelen voor koolstof uit de wortels van planten. De onderzoekers gebruikten nanodeeltjes en videotracking om te laten zien hoe schimmels actief bronnen over netwerken verplaatsen naar gebieden met veel vraag om een ​​beter rendement te behalen bij hosts. Een mooie toelichting op dit onderzoek gaf Kiers in 2019 in een Tedtalk in Mumbai.

‘Mensen onderschatten hoe uitgekiend schimmels zijn’

Alternatieve informatieverwerking
Hoe nemen schimmels deze beslissingen? Dieren vertrouwen op een centraal zenuwstelsel om (handels)beslissingen te nemen, maar schimmels beschikken hier niet over. Kiers: “Mensen onderschatten hoe uitgekiend schimmels zijn. Historisch gezien hebben wetenschappers een zeer beperkte kijk gehad op hoe informatie wordt verwerkt en gedeeld. Door ons slechts te concentreren op het zenuwstelsel en de rol van de hersenen, negeren we de enorme diversiteit aan alternatieve manieren waarop organismen, zoals schimmels, informatie opslaan en verwerken.”

Relevant voor landbouw
Niet alleen wordt met dit onderzoek meer duidelijk over complex gedrag in organismen zonder centraal zenuwstelsel, ook leert het ons meer over economische principes en geeft het antwoord op vragen die ook relevant kunnen zijn voor menselijke samenlevingen en bijvoorbeeld onze landbouw. Kiers: “Plantenwortels dragen koolstof over naar schimmelnetwerken. We willen uitzoeken hoe schimmels koolstof opslaan en verplaatsen onder verschillende omstandigheden, zodat we voorspellingen kunnen doen over de opslag van koolstof onder de grond. Ook willen we onderzoeken hoe waardplanten de voedingsstromen van hun schimmelsymbionten beïnvloeden en of dit kan worden gemanipuleerd in het voordeel van de gewassen, wat interessant is voor gewastelers.”

Netwerken in beeld
Het onderzoek wordt uitgevoerd in het laboratorium, waar plantenwortels en schimmels in petrischalen worden gekweekt. Met behulp van video-analyse worden fluorescent gelabelde voedingsstoffen gevolgd om te bepalen hoe schimmels handelsroutes optimaliseren om voedingsstoffen over te brengen. Kiers: “We gaan dezelfde hoge resolutie-apparatuur gebruiken die door neurofysiologen wordt gebruikt om elektrische pulsen in neurale netwerken te bestuderen.” Ook zal het team röntgenscans gaan gebruiken om 3D-reconstructies te bouwen van plantenschimmelnetwerken, om uit te zoeken hoe de complexiteit van netwerken de productiviteit van planten beïnvloedt. Op termijn worden de handelsroutes voor schimmels in kaart gebracht met behulp van een geautomatiseerde beeldrobot die time-lapse-video’s kan maken van intacte netwerken.

Vici-beurs
De Vici-financiering maakt samen met de Veni- en Vidi-beurzen deel uit van het NWO-Talentprogramma. De Vici is bestemd voor zeer ervaren onderzoekers die met succes hebben aangetoond een eigen vernieuwende onderzoekslijn tot ontwikkeling te kunnen brengen en die als coach voor jonge onderzoekers kunnen fungeren. De financiering biedt de onderzoeker de gelegenheid een eigen onderzoeksgroep op te bouwen, vaak vooruitlopend op een structurele hoogleraarspositie. In totaal ontvangen 33 vooraanstaande wetenschappers ieder 1,5 miljoen euro van de NWO.