Bodemexpert Toby Kiers wil de fungi redden: ‘Schimmels zijn van onschatbare waarde’

Evolutiebioloog Toby Kiers (47) is een van ’s werelds grootste kenners van het leven onder de grond. De strijd die daar woedt, doet sterk denken aan de markteconomie. ‘Wij willen het onzichtbare zichtbaar maken.’

Het gebeurde onder een vijgenboom in de tropen. Toby Kiers was 19 jaar, had de Verenigde Staten en haar universiteit verlaten en hoopte op het Panamese eiland Barro Colorado bioloog te worden.

‘Ken je die bomen, strangler figs, wurgvijgen? De wortels groeien als reusachtige steunpilaren boven de grond. Als je eronder staat, is het alsof je onder een raket staat vlak voordat die opstijgt. Het wortelsysteem vormt een heel eigen wereld. Ik dacht: zo moet het voelen als je onder de grond bent.’

In het onderzoekstation op het eiland wist de Amerikaanse zich omringd door geweldige wetenschappers. ‘Het is het best bestudeerde stukje regenwoud op aarde, elke boom is er een verhaal. Maar het verbaasde me hoe weinig acht anderen sloegen op wat zich in de bodem afspeelt. Terwijl daar zo veel is! Wat bovengronds gebeurt, is een detail van wat zich onder de grond voltrekt. De bodem bestuderen, is als kijken in de ruimte. Je ziet niks, maar je weet dat er van alles moet zijn. Je kunt het vastpakken, het is levensecht.’

In Panama werd Toby Kiers verliefd op het ondergrondse ecosysteem. Studeren en promoveren deed ze alsnog, en inmiddels geldt ze, hoogleraar evolutiebiologie aan de Vrije Universiteit in Amsterdam, als een van ’s werelds belangrijkste kenners van het leven in de bodem. Voor haar onderzoek naar het nut van schimmelnetwerken in ecosystemen won ze vorig jaar als jongste ooit de Spinozapremie, de belangrijkste Nederlandse wetenschapsprijs. Het Amerikaanse blad TIME schaarde haar onder de honderd ‘leiders van de toekomst’.

Dat netwerk van ragfijne schimmelstructuren, ook wel mycelium, is verbijsterend in zijn omvang en zijn eigenaardigheden. In 1 gram aarde zit makkelijk 1 kilometer aan schimmeldraden, meestal een paar micrometer dik. Leg je de draden in de bovenste 10 centimeter van de aardbodem achter elkaar, dan zit je op 450 quadriljoen kilometer – de halve doorsnee van het heelal. Het mycelium zorgt ervoor dat planten voedsel krijgen, cruciaal voor het leven op aarde.

Blootvoets de wildernis in

Toby Kiers’ fascinatie betreft de vraag hoe die schimmelsoorten te werk gaan. Hoe ze – zonder hersenen! – strategiëen ontplooien en voedingsstoffen verhandelen. ‘In het lab werk ik als een primatoloog, maar in plaats van mensapen bestudeer ik het gedrag van schimmels. We porren ze, we manipuleren ze, en dan kijken wat ze doen. Niemand heeft dat eerder op onze manier gedaan, we staan vaak versteld van wat we zien.’

Overal ter wereld trekt ze, als het even kan blootvoets, de wildernis in op jacht naar bodemmonsters die iets prijsgeven over de toestand van de schimmels, ook wel fungi. Ze is net terug uit Mongolië. ‘We zaten diep in de Gobi-woestijn. Het is wild daar. Geen wegen, je slaapt in de woestijn, zand waait altijd in je gezicht.’

Als kind in Connecticut, in het noordoosten van de Verenigde Staten, ging ze te voet naar school. In haar klas zaten tien kinderen, een klas hoger nog minder: drie. ‘We woonden in een prachtig dorp aan de rand van een groot bos. Mijn zusje en ik waren altijd buiten, in de lente zochten we morieljes voor mijn ouders. Ik had een hekel aan schoenen, vreselijk, nog steeds trouwens! Ik wilde de grond aan mijn voeten voelen, sneeuw of geen sneeuw.’

Toby Kiers is expressief en beweeglijk, en praat met veel begeestering. Haar gedrevenheid is moeilijk te weerstaan. Ze voelt zich thuis in Amsterdam, haar kinderen zijn er geboren. Ze kwam na haar promotie in 2005 naar de VU en is er sinds 2014 hoogleraar. ‘Het Nederlandse systeem laat je groot dromen,’ zegt ze. Opmerkelijke woorden van een Amerikaanse. ‘Misschien, maar wanneer je als onderzoeker in de Verenigde Staten geld wilt hebben, moet je van tevoren al resultaten tonen. In de Nederlandse wetenschap geldt: high risk, high gain – hoge risisco’s, hoge winsten. Heerlijk. De beste ideeën, riskant of niet, komen bovendrijven.’

Wisten maar meer mensen wat zich onder de grond afspeelt, verzucht ze weleens. Loop door het bos of door de tuin, en een paar centimeter onder je voeten woedt een wapenwedloop. Het is een krioelende marktplaats waar nutriënten worden uitgewisseld, keihard wordt onderhandeld, bedriegers zich aandienen. ‘Het is de meest complexe habitat die je kunt bedenken. Bijna 60 procent van alle leven op aarde bevindt zich onder de grond. Er gebeurt zó veel. Wij proberen het onzichtbare zichtbaar te maken.’

Ze geeft een razendsnel college evolutiebiologie. Op de gigantische, 450 miljoen jaar oude beursvloer in de bodem zijn koolstof, fosfor en stikstof de belangrijkste valuta. Schimmels hebben koolstof nodig om te groeien. Die krijgen ze via plantwortels, waarmee ze tot op het kleinste niveau zijn vergroeid. Maar voor de koolstof moeten de schimmels betalen, met fosfor en stikstof, waarmee de boom of plant zich voedt. Doordat elk organisme een gunstige ‘deal’ wil sluiten, voltrekken zich de fascinerendste processen, die sterk doen denken aan de menselijke markteconomie.

Vraag en aanbod

‘Zo creëerden we in het lab fosforrijke en fosforarme delen, om te zien wat ongelijkheid doet. Je zou denken dat de schimmelnetwerken vooral stoffen uitwisselden in de rijke delen, want daar valt meer te halen. Maar het tegenovergestelde gebeurde: de schimmels verplaatsten, heel slim, de fosfor naar de arme delen. Niet zozeer om die delen te helpen. Dus niet uit altruïsme, maar uit eigenbelang. De vraag naar fosfor is daar immers groter. In die delen krijgen de schimmels een hogere prijs voor hun fosfor: meer koolstof.’

Het is een schitterend spel van vraag en aanbod. Allen hebben baat bij synergie, maar ieder zoekt de voor hem gunstigste handelspartner. Economisch denken zie je ook bij dieren, zegt Toby Kiers. Als een kolonie mensapen zware tijden doormaakt, stijgt de ‘prijs’ van het elkaar vlooien en wordt de tegenprestatie groter. Bij schimmels en planten gebeurt iets vergelijkbaar. ‘Maar die hebben dus geen brein. Geen cognitie, geen centraal zenuwstelsel. Bizar hè?’

Op de petrischaaltjes laten zij en haar collega’s organismen interacteren. ‘Heel boeiend zijn hamsterende schimmelnetwerken. In tijden van overvloed slaan ze extra fosfor op. Het heeft er alle schijn van dat ze op die manier schaarste creëren om de prijs te laten stijgen.’

Bijna gekmakend is het – hoe zijn die netwerken in staat tot slim en adaptief gedrag? ‘Het is op de een of andere manier geprogrammeerd in hun DNA. Moeilijk te bevatten hè?’ Lachend: ‘We hebben wel allerlei hypotheses, maar die zijn nog geheim. We weten wel dat die netwerken zintuigen hebben waarmee ze voelen hoe de omstandigheden zijn.’

Zoals in elk economisch systeem kom je ook in de bodem wanbetalers tegen. Orchideëen zijn het ergst. Sommige soorten zijn niet in staat tot fotosynthese en hebben dus geen koolstof te verhandelen. Hoe ze dan aan fosfor komen? Dat jatten hun wortels uit het mycelium, zonder tegenprestatie.

Maar ook schimmels vertonen soms gedrag dat in de mensenwereld onethisch zou zijn. Ze dringen wortels binnen en schakelen daar een gen uit, als gevolg waarvan de plant denkt dat hij alleen via deze schimmel aan zijn voeding kan komen. Een biologisch monopolie.

Geen monomane geleerde

Ze beaamt: het is gruwelijk mooi. Komt het voor dat ze bewonderend naar de petrischaaltjes zit te staren? Grote ogen: ‘Wat denk jij? Natuurlijk! Dat leven in de bodem zit briljant in elkaar. Vaak denk ik: dit is zó slim! Maar ook: waarom is het zo niet slim? Wetenschap kan heel emotioneel zijn.’

Om te zien wat er op nanoniveau gebeurt, werkt Toby Kiers’ groep met datawetenschappers en biofysici. ‘Mensen als Tom Shimizu zijn zeer belangrijk. Met zijn instituut AMOLF maken we de stofjes fluorescerend, zodat we met een speciale camera het transport van de nutriënten door de schimmeldraden zien. Het is alsof twee rivieren frontaal tegen elkaar in stromen, en dat gaat helemaal goed. Hoe kan dat?’

Geheimen zijn er nog genoeg. ‘De stofjes nemen telkens andere afslagen in het netwerk. Op al die kruispuntjes en splitsingen kijken we mee, om te begrijpen waarom ze de ene keer linksaf slaan, en de andere keer rechtsaf. Ik had nooit gedacht dat dat mogelijk zou zijn.’

Toby Kiers is geen monomane geleerde. Ze roert zich graag in het maatschappelijk debat. Dit voorjaar betoogde ze in een opiniestuk in The New York Times dat de keuze tussen carrière en familie niet zo zwart-wit is als vaak verondersteld. ‘Mijn kinderen zijn een wezenlijk deel van mij als wetenschapper,’ zegt ze gedecideerd. Zelf pleegde ze een ‘verzetsdaad’ als werkende, reizende moeder. ‘Ik heb de kinderen van jongs af aan meegenomen op expedities. Ze zijn inmiddels tieners, soms gaan ze nog steeds mee.’

Hoe klinkt de bodem?

Dat zijn zelden brave tripjes. ‘We waren in 2022 op Palmyra, het meest afgelegen eiland ter wereld, midden in de Stille Oceaan. Eens in de drie weken landt er een vliegtuig. We waadden door de zee naar omringende eilanden, en dan zwemmen de haaien om je heen. Heel veel.

Het zijn rifhaaien, hoor je dan, die bijten niet. Maar ze hebben wel die rugvinnen! Val je op het strand in slaap, dan komen de kokosnootkrabben, met een spanwijdte van 1 meter. En in het bos zijn bloedzuigers die in je ogen vallen als je omhoog kijkt.’

De nabijheid van haar kinderen werkt inspirerend. Toen ze hen, peuters nog, eens aarde zag proeven, besefte ze: misschien zegt de smaak van de grond iets over de conditie van de bodem. Proeven werd een vast ritueel. ‘Alle signalen kunnen kunnen relevant zijn. Wat ook leuk is, is luisteren naar de bodem.’

Recent reisde ze door Chili met componist Cosmo Sheldrake, telg uit een beroemde Britse wetenschapsfamilie. ‘Hij heeft een hydrofoon, een supergevoelige microfoon waarmee hij natuurgeluiden verzamelt. Hoe de bodem klinkt? Lawaaiig. Je hoort van alles, dieren, geklik. De bodem klinkt heel… vloeibaar. Een soort slurpend geluid.’

Hoe langer je met haar praat, hoe meer je in de ban raakt van haar boodschap. En die boodschap is: het leven in de bodem is cruciaal. Jaarlijks gaat tot wel 13 miljard ton koolstofdioxde via de planten het mycelium in. ‘Dat is eenderde van alle CO2 die we via fossiele brandstoffen uitstoten. De schimmels zijn van onschatbare waarde,’ zegt Kiers.

Erosie en verwoestijning

Wees er zuinig op, wil ze maar zeggen. Beleidsmakers kunnen bovengronds allerlei soorten beschermen, je bent nergens als de bodem verschraalt door processen als erosie en verwoestijning. In Ghana zag ze hoe kustgemeenschappen gebied moeten prijsgeven aan de zee. Ze was in Vuurland en in Chili, waar ze monsters nam uit zwarte grond die onder een smeltende gletsjer tevoorschijn komt.

Met de door haar opgerichte onderzoeksgroep Society fot the Protection of Underground Networks (SPUN) hoopt ze overheden te overtuigen dat fungi evenals flora en fauna bescherming verdienen. Dat doet ze met vuur, maar zonder bitterheid. ‘Ik ben erg positief ingesteld. Doemdenken is niet iets voor mij. Al die mensen in het lab zijn zo gemotiveerd en energiek. Mijn WhatsApp explodeert dagelijks door de filmpjes die we elkaar sturen. Ik voel urgentie, ja, maar doom and gloom, nee.’

Even pauzeert ze haar verhaal. Twee grote dromen heeft ze. ‘Ik wil alle 123 miljoen vierkante kilometer aardbodem in kaart brengen. De biodiversiteit, de onzekerheden, de voorspellingen. Waar zijn de hotspots, waar gaat het slecht. Jazeker, dat gaat lukken. En op miconiveau wil ik snappen hoe schimmels informatie verwerken en beslissingen nemen. Als we de netwerken beter begrijpen, kan onze kijk op de natuur veranderen. Dan zien we hoe het leven zich kan ontwikkelen.’

Aan het eind van het gesprek staat ze op voor een rondleiding door het lab. Dat is precies wat je ervan verwacht: kweekjes onder microscopen, witte jassen, zacht gesuis van koelsystemen. In het veld ligt haar hart, maar hier, tussen al deze apparatuur, worden de grenzen verlegd. Eén overpeinzing heeft ze nog.

‘Het is prachtig hoe alles zich vertakt naar andere gebieden. Maar dat betekent dat je nauwkeurig moet werken. Er is veel slechte wetenschap, pseudo-wetenschap, en daar moet je bij uit de buurt blijven. Onze wetenschap moet niet alleen goed zijn, onze wetenschap moet perfect zijn.’