一種名為 Dermocybe 的真菌形成了連接加利福尼亞森林地下木網(wǎng)的一部分。圖片來源：KABIR GABRIEL PEAY

　　科學(xué)家首次描繪出連接樹木的地下微生物網(wǎng)絡(luò)

　　不論是參天的紅木還是纖細(xì)的茱萸，只要是樹木，一旦離開了它們的微生物“隊(duì)友”就難以為繼。上百萬種真菌、細(xì)菌在土壤和樹根間交換營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，編織出一張寬廣的有機(jī)體網(wǎng)絡(luò)，遍布整個(gè)樹林。近日，科學(xué)家通過分析涵蓋超過 70 個(gè)國(guó)家、28000 種樹木的數(shù)據(jù)庫(kù)，首次在全球尺度上描繪出“木聯(lián)網(wǎng)”地圖。

　　“我之前從沒見過任何人做過任何類似的事。”美國(guó)加州大學(xué)爾灣分校生態(tài)學(xué)家 Kathleen Treseder 說，“我真希望之前能想到這些。”

　　若要描繪森林地下網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)地圖，就必須預(yù)先知道一些更基礎(chǔ)的東西：樹木究竟生活在哪里。從 2012 年起，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生態(tài)學(xué)家 Thomas Crowther 就開始搜集海量相關(guān)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)有的來自政府機(jī)構(gòu)，有的來自全世界辨別樹木和測(cè)量參數(shù)的個(gè)體科學(xué)家。2015 年，Crowther 測(cè)繪出全球樹木分布圖，并報(bào)告稱地球上大約存在 3 萬億棵樹木。

　　受該論文啟發(fā)，斯坦福大學(xué)生物學(xué)家 Kabir Peay 給 Crowther 致信，建議他將同樣的工作細(xì)分到森林樹木的地下有機(jī)體網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域。Crowther 數(shù)據(jù)庫(kù)里的每一棵樹都和某些種類的微生物緊密關(guān)聯(lián)。

　　例如，橡樹和松樹的根部被外生菌根包圍，它們可以在尋覓營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過程中建立起一張廣袤的地下網(wǎng)絡(luò)。作為對(duì)比，楓樹和雪松更偏愛叢枝菌根，它們直接藏身在樹木根部細(xì)胞中，形成較小的土壤網(wǎng)絡(luò)。其他樹木，主要是豆科植物，與能把大氣中的氮元素轉(zhuǎn)化成可利用的植物性食物的細(xì)菌有關(guān)聯(lián)。這個(gè)過程被稱作“固氮”。

　　研究者在 Crowther 的數(shù)據(jù)庫(kù)里創(chuàng)建了一個(gè)計(jì)算機(jī)算法，以搜尋那些附帶外生菌根、叢枝菌根和固氮菌的相關(guān)樹木與諸如溫度、降水、土壤化學(xué)、地形等當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素之間的關(guān)聯(lián)性。研究者可以通過這一關(guān)聯(lián)性填補(bǔ)全球木聯(lián)網(wǎng)地圖，并預(yù)測(cè)亞洲和非洲大部分之前缺乏數(shù)據(jù)的地區(qū)更可能存在哪種真菌。

　　當(dāng)?shù)貧夂驗(yàn)?ldquo;木聯(lián)網(wǎng)”搭建了舞臺(tái)。研究團(tuán)隊(duì)在《自然》上報(bào)告稱，在涼爽的溫帶森林和寒帶森林中，木材和有機(jī)物質(zhì)降解緩慢，創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)的外生菌根占據(jù)統(tǒng)治地位。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些地區(qū)大約4/5 的樹木都與該真菌相關(guān)。結(jié)果預(yù)示，當(dāng)?shù)匮芯恐邪l(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)確實(shí)也滲透了北美、歐洲和亞洲土壤。

　　相比之下，在較溫暖的熱帶地區(qū)，木材和有機(jī)物質(zhì)降解迅速，叢枝菌根占據(jù)主導(dǎo)地位。這種真菌只構(gòu)成較小的網(wǎng)絡(luò)，并較少在樹木之間纏結(jié)交換。這意味著，熱帶的“木聯(lián)網(wǎng)”可能更加局域化。這些地區(qū)約 90% 的樹木與叢枝菌根相關(guān)，它們中的大部分集中在生物多樣性極高的熱帶地區(qū)。固氮菌則在炎熱干燥的地方豐度更高，比如美國(guó)西南地區(qū)的沙漠。

　　Charlie Koven 是勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的地球系統(tǒng)科學(xué)家，他對(duì)被自己稱作首張全球森林微生物地圖的研究成果給予高度評(píng)價(jià)。但他也好奇，文章作者是否忽略了某些塑造地下世界過程中的重要因素，包括一些難以測(cè)量的過程。“比如土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氣體的喪失可能會(huì)影響不同微生物的生活位置。”他說，“若真如此，該研究的預(yù)測(cè)可能就不那么準(zhǔn)確。”

　　盡管存在諸多不確定性，這些與樹木相關(guān)的微生物的棲息數(shù)據(jù)依然用處頗多。Treseder 表示，這些發(fā)現(xiàn)可以幫助研究者建立更優(yōu)的計(jì)算機(jī)模型，以預(yù)測(cè)碳元素在森林中四處流竄和在氣候變暖的過程中釋放到大氣里的數(shù)量比例。

　　Crowther 已做了相關(guān)預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示，在全球變暖的過程中，大約 10% 的外生菌根相關(guān)樹木可能會(huì)被叢枝菌根相關(guān)樹木取代。在叢枝菌根占主導(dǎo)地位的森林里，微生物以更快的速度“翻騰”著含碳有機(jī)物，因此能更快釋放出鎖住熱量的二氧化碳。很有可能，本已速度駭人的氣候變化會(huì)因此進(jìn)一步加速。

　　對(duì) Treseder 來說，這個(gè)主張“有一點(diǎn)點(diǎn)站不住腳，但是我愿意被說服”。她補(bǔ)充道。如今，科學(xué)家依然在發(fā)掘不同土壤真菌如何與碳元素相互作用的更多線索。

　　（程唯珈）

　　《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2019-05-23 第 3 版國(guó)際)

總結(jié)

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