Citizen Science hilft bei der Untersuchung der Pilzvielfalt in New Jersey

Pilze sind sehr vielfältig und entscheidend für eine Vielzahl von Ökosystemleistungen. Sie sind eine der größten Gruppen von Zersetzern, spielen als Saprotrophe oder Mykorrhiza eine wesentliche Rolle im Nährstoffkreislauf und erleichtern die Rückkopplung des Ökosystems auf Klimaänderungen^1,2,3,4. Pilze sind ein artenreiches Taxon mit etwa 2,2–3,8 Millionen Arten⁵weniger zahlreich als nur im Vergleich zu terrestrischen Arthropoden (über 7 Millionen Arten⁶). Das globale Inventar von Pilzarten stellt im Vergleich zu anderen taxonomischen Gruppen eine größere Herausforderung dar, da die Körper der meisten Pilze zeitlich begrenzt sind. Zum Beispiel Pflanzen (etwa 374.000 Arten⁷) haben eine niedrigere geschätzte Artenzahl, sind aber im Kontext der Biodiversität viel besser untersucht und dokumentiert. Während Pflanzen eine entscheidende Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf spielen, was den historischen Fokus auf diese Gruppe rechtfertigt, spielen Pilze eine ebenso wichtige Rolle als Zersetzer und Nährstoffcycler. Funktionelle Gruppen wie die Mykorrhizae spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulation von Kohlendioxid⁸Stickstoff- und Phosphorkreislauf^9.10, wobei bis zu 80 % des Nährstoffkreislaufs über Pilzsymbionten bereitgestellt werden. Angesichts der Tatsache, dass ein Großteil des Nährstoffkreislaufs, der mit der Bruttoprimärproduktion sowie dem Klimawandel (vermittelt durch den Kohlendioxidverbrauch von Pflanzen) verbunden ist, so stark mit Pilzen verbunden sein kann, ist das Verständnis ihrer Vielfalt von entscheidender Bedeutung, was die Voreingenommenheit gegen Pilze zu einer großen Lücke macht unser Verständnis von Taxa, die für diese Zyklen relevant sind. Gelegentliche Erhebungen der Pilzvielfalt auf der Grundlage von Fruchtkörpern wurden für begrenzte geografische Skalen durchgeführt¹¹Pilze werden jedoch häufiger in größere Biodiversitätserhebungen einbezogen, in den resultierenden Datensätzen jedoch unverhältnismäßig wenig beschrieben^12:13. Während einige groß angelegte Studien bestimmter wichtiger Pilzgruppen wie Mykorrhizae oder parasitäre Arten durchgeführt wurden^14:15, ist eine breitere Bewertung der Biodiversität von Pilzen auf größeren räumlichen Skalen noch begrenzt. Öffentlich zugängliche Datensätze^{11,12,16,17,18,19} von Pilzen liefern wichtige Daten für Spezialisten, die Biodiversität, Ökologie, Umweltwissenschaften und Mykologie studieren, aber es sind noch mehr Daten erforderlich, um auf das volle Ausmaß der globalen Pilzvielfalt zugreifen zu können. Mit den jüngsten Entwicklungen bei DNA-Sequenzierungstechnologien, die den Nachweis und die Beschreibung von Pilzarten allein auf der Grundlage von DNA-Beweisen ermöglichen, wird erwartet, dass die Zahl der Pilzarten schnell wächst²⁰.

Die begrenzte Nachweisbarkeit, Anziehungskraft für die Forschung und Identifizierung von Pilzen durch Fachleute und Laien wird ständig erweitert. Diese schnell zunehmende Einbeziehung von Pilzen in unsere Gesamtstudie der Biodiversität wird nur die bestehenden DNA-Referenzbibliotheken weiter erweitern²¹. Auch Citizen Science nimmt neue Formen an, nicht nur als lokale Gemeinschaften, sondern als ganze mykologische Kongresse²² Nutzen Sie Ansätze wie BioBlitz als Ergänzung zu traditionellen Umfragen.

Derzeit entwickeln sich in den Vereinigten Staaten noch Naturschutzbemühungen für Pilze^23.24, da frühere Umfrageinitiativen weitgehend verstreut und durch freiwillige Bemühungen ansässiger regionaler Mykologen (Amateur oder Fachmann) aufrechterhalten wurden. Aufgrund der Fragmentierung früherer Beobachtungen besteht die Notwendigkeit, die Vielfalt der Pilzarten auf regionaler Ebene in den Vereinigten Staaten aufzulösen, insbesondere in dicht besiedelten Gebieten, die aus mehreren Lebensraum- und Ökosystemtypen bestehen, die vom Erbe der Citizen Science-Initiativen beeinflusst werden^5,25,26. Für Staaten, die aus einer Vielzahl unterschiedlicher Ökosystemtypen bestehen, wie z. B. New Jersey, stellt dies eine große Wissenslücke dar, wenn man den Grad der geografischen und ökologischen Vielfalt im gesamten Bundesstaat betrachtet. Während einige Anstrengungen unternommen wurden, um die Pilzvielfalt für New Jersey zu charakterisieren, waren diese Versuche weitgehend auf kleinere geografische Skalen oder bestimmte taxonomische Interessengruppen wie Flechten beschränkt^27.28 oder parasitäre Arten²⁹. Trotz dieser historischen Einschränkungen besteht ein dringender Bedarf, die Biodiversität von Pilzen in größeren räumlichen Maßstäben besser zu charakterisieren, wobei neuere Arbeiten auf globaler Ebene für bestimmte Pilzgilden entstehen^{30,31,32,33,34}.

Die Herausforderung des Mangels an ausreichenden Daten zur Pilzdiversität kann teilweise mit Citizen Science gelöst werden. Mit der jüngsten Entwicklung digitaler Technologien leistet Citizen Science erfolgreich einen Beitrag zur Grundlagenforschung^35,36,37. Mehrere Online-Plattformen sammeln fotografische und schriftliche Beobachtungen direkt von Bürgern (z. B. mushroomobserver.org, iNaturalist.org oder fundis.org). Die über diese Portale gemachten Beobachtungen sind jedoch meist neueren Datums; Die enormen Anstrengungen von Amateurgruppen, die die Pilzvielfalt vor dem digitalen Zeitalter verfolgt haben, bleiben der globalen Forschungsgemeinschaft oft verschlossen, da es an geeigneten Protokollen zur Datenspeicherung und -freigabe mangelt, und so war es für die lokalen Organisationen nicht ungewöhnlich, Aufzeichnungen zu führen auf einem PC oder in handschriftlicher Form. Diese Einschränkung der Protokolle für den Austausch von Daten, die von Bürgerwissenschaftlern gesammelt wurden, stellt eine der größten Möglichkeiten für Biodiversitätsforscher in größeren räumlichen Maßstäben dar, und die offene Verfügbarkeit dieser Datensätze ist von entscheidender Bedeutung, um die globale Biodiversität besser zu lösen.

Hier beschreiben wir einen Datensatz bestehend aus Pilztaxa für den Bundesstaat New Jersey, die im Rahmen von Citizen-Science-Streifzügen in 32 Parks und Naturschutzgebieten im ganzen Bundesstaat gesammelt wurden, die in neun Unterregionen unterteilt sind³⁸ (Abb. 1), Tabelle 1.

Die in diesem Datensatz enthaltenen Daten wurden zwischen den Jahren 2007 und 2019 von Freiwilligen der New Jersey Mycological Association (NJMA, www.njmyco.org) als Teil der jährlichen Probenahmen ihrer Organisation. NJMA wurde 1971 als Lakeland Mycology Club gegründet und ist heute eine gemeinnützige Organisation mit über 800 Mitgliedern, die durch ihr Interesse an Pilzen motiviert sind, die einzige Organisation ihrer Art im Bundesstaat New Jersey. NJMA hat durch jahrzehntelange Sampling-Veranstaltungen eine Fülle von Citizen-Science-Daten angehäuft. Wichtig ist, dass NJMA ein aktives Herbarium mit etwa 3000 belegbaren Exemplaren unterhält, die an der Rutgers University in New Brunswick aufbewahrt werden; Dieses Repository ist jedoch derzeit nicht Teil des Chrysler Herbarium (CHRB) in Rutgers. Hier zeigen wir, wie große Datenmengen, die über einen Zeitraum von 12 Jahren von Freiwilligen in einer Vielzahl von Lebensräumen und an verschiedenen Orten gesammelt wurden, auf kostengünstige und datenreiche Weise zu wissenschaftlichen Erkenntnissen beigetragen haben. Unser Interesse war es, die gesammelten Daten in einem standardisierten Format aufzubereiten und öffentlich zugänglich zu machen, um die Anwendbarkeit für die Pilzbiodiversitätsforschung zu erhöhen. Der resultierende Datensatz soll auch das Interesse von Citizen Science und Wissenschaftlern wecken, die Menge an zugänglichen Daten zur Verbreitung von Arten zu erhöhen^37.39. Da die North American Mycological Association (NAMA, https://namyco.org/clubs.php) hat Aufzeichnungen von über 90 ähnlichen Gruppen in 37 Bundesstaaten dieser Art von Citizen Science-gestützter Datensammlung hat das Potenzial, unser Wissen über Pilztaxa in den Vereinigten Staaten exponentiell zu erweitern.

Der hier präsentierte Datensatz³⁸ hebt die taxonomische Vielfalt für den Bundesstaat New Jersey aus 210 Erhebungen (entspricht 210 Datensätzen in der Ereignistabelle) mit 400 260 Datensätzen in der Ereignistabelle hervor. Insgesamt werden 1906 Taxa mit Anwesenheits-/Abwesenheitsinformationen für jede Erhebung veröffentlicht. Insgesamt sind 96 % der Datensätze in der Ereignistabelle Abwesenheitsdaten. Die taxonomische Struktur wird durch 2 Königreiche (Pilze und Protista für Schleimpilze), 5 Phyla, 20 Klassen, 58 Ordnungen, 162 Familien, 516 Gattungen und 1483 Arten dargestellt. Einige Artennamen, die den Beobachtungen früher in der Datenerhebung zugeordnet wurden, sind jetzt veraltet, werden aber im Datensatz als Synonyme oder unzureichend identifizierte Taxa geführt. Zusammen mit diesen Aufzeichnungen summiert sich die Gesamtzahl der Taxa auf 1850. Die Taxa variierten sowohl nach Umgebungstyp basierend auf der Primärwaldzusammensetzung (Abb. 2a) als auch nach Region (Abb. 2b), obwohl der regionale Effekt auch beeinflusst werden kann durch a Probenmonat.

Der Datensatz wird durch offen verfügbare Umweltvariablen von Interesse ergänzt (durchschnittliche Temperatur der Region; maximale Temperatur der Region; durchschnittlicher Fälligkeitspunkt der Luftfeuchtigkeit der Region; durchschnittlicher Niederschlag der Region; durchschnittlicher Wind der Region; abgerufen vom United States Geological Survey https://www.usgs.gov und Nationaler Wetterdienst https://www.wetter.gov Datenbanken) für jeden Probenahmeort, um einen Einblick in Faktoren zu geben, die zu Änderungen in der Verbreitung von Taxa beitragen. Diese Informationen sind für jedes Probenahmeereignis (Umfrage) im Datensatz auf GBIF.org verfügbar.

Trotz der unterschiedlichen Art der Sammlung in diesem Zeitraum (z. B. unterschiedliche Häufigkeit des Besuchs derselben Probenahmestellen, Tabelle 2), bietet dieser Datensatz eine Gelegenheit für Forscher und Bürgerwissenschaftler, die sich für die pilzliche Biodiversität im Nordosten der Vereinigten Staaten interessieren. Der Datensatz beschreibt relative Häufigkeiten für häufige Taxa im Laufe der Zeit. Ihre trophischen Typen sind in Abb. 3 dargestellt. Um unser Verständnis darüber zu erweitern, wie dieser Datensatz im Vergleich zu anderen ähnlichen Versuchen zur Erfassung der Pilzvielfalt über geografische Skalen hinweg abschneidet, haben wir unsere Gildendaten mit anderen Agaricomycetes-Datensätzen verglichen, die auf GBIF.org für New Jersey veröffentlicht wurden Vereinigten Staaten und weltweit (Abb. 4). Trotz einer gewissen Variabilität bei bestimmten Arten, die über diese räumlichen Skalen hinweg vorhanden sind, fanden wir ähnliche Anteile der Gildentypen (Abb. 4). Zusammengenommen deutet dies darauf hin, dass unser Datensatz ähnliche Informationen wie andere Datensätze dieses Typs erfasst, wenn es um die funktionelle Rolle von Pilzen geht, und gleichzeitig unser Wissen über regionalspezifische eingeführte oder neu beobachtete Arten erweitert, wenn sich die Biodiversität weltweit verändert (Tabellen 3, 4).

Wir schlagen vor, dass dieser Datensatz und die zugehörigen Sammelmethoden, die von der New Jersey Mycological Association verwendet werden, als Modell für einen systemischen Ansatz zur Bewertung der Pilzvielfalt in den Vereinigten Staaten verwendet werden könnten. Durch zunehmenden offenen und digitalen Zugang zu Pilzdaten erwarten wir, dass der präsentierte Datensatz zu einer vollständigeren Dokumentation des Lebens auf der Erde jenseits charismatischer Taxa beiträgt.