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科学家们发现森林的树木通过根部的真菌相互联系成网，“潘多拉”星球上植物之间相互感应的景象原来就在我们生活的地球？
每棵树都不是独立的。坐落于银瀑布州立公园（Silver Falls State Park ）的花旗松树。图片来源：Gary Halvorson, Oregon State Archives. 树立于林，不为孤木。在森林的泥土下，隐藏着一个由树根和真菌组成的迷宫，科学家们称之为菌根网络。也有人把这个迷宫叫做“木维网”（wood-wide web）。 迷宫的连接是由生长在植物根部内以及其周围的真菌菌丝构成的，这些真菌同时也孕育着人们熟悉和喜爱的蘑菇。真菌与树木的联系如此紧密，以至于你对这个网络了解的越多，你就越难将每棵树视为一个单独的个体。森林中的树木和它们的根须真菌几乎组成了一个公社，他们共享资源，毫不掩饰其社会主义关系，这种关系如此亲密，以至于我担心倘若对保守派人士详细描述这种奇妙的现象，他们会立马烧毁身边的灌木丛。 我们故事的主角是两种树。它们是美国花旗松和美国黄松——广泛分布在美国西部的两种健硕而多产的树。美国黄松是我最喜欢的针叶树，甚至算得上是我最喜欢的树。黄松林里通常空气清新，光源充沛；黄松的树皮在温暖的阳光里会发出奶油糖果或者香草一样的芬芳。
在我最喜欢的地方之一——科罗拉多落基山国家公园（Rocky Mountain National Park, Colorado）里的一片开放的黄松林。图片版权：Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons. 而配角是一种低调，谦逊的真菌：根须腹菌。它在国家展览会的“马铃薯级”（Potato Class）农产品选美大赛里，绝对能占一席之地。这就是根须腹菌：
“红根须腹菌”。版权所有：Licensed under CC BY-SA 2.5 via Wikimedia Commons. 和许多菌根菌不同，根须腹菌不会在地表长出鲜艳而美丽的肋片状或者多孔的蘑菇，取而代之的，是称为“假块菌”的结构——一种地下的孢子生成体。不过，正如你在上图中看到的那样，在它们几近成熟时，这些地下体也会长出地面。 和其它所有种类的块菌一样，这些根须腹菌用一种不可抗拒的气味吸引哺乳动物把它们刨出来并吃掉。依靠这些动物的消化系统，好动的个性（在美国西部，人们所说的哺乳动物通常是指松鼠）和命里终有的三急，根须腹菌的后代得以传播。众多在分类上关系疏远的真菌随着进化在这一传播方式上产生了些许不同；这似乎是真菌对干燥环境的一种适应，因为在湿度较低的环境里，传统的依靠湿润气流的孢子传播方式并不是那么有效。根须腹菌可能从是一种叫牛肝菌的地上块菌进化而来的。 孢子是在“子实体”众多的褶皱里生成的，你可以在下图中看到：
版权所有： Andreas Kunze – Own work. Licensed underCC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons. 菌根菌，比如根须腹菌，会和植物根须结伴，因为双方都能从中获得好处。真菌会侵入植物的根部。但是这并不是在伤害植物——恰恰相反。植物负责为真菌合成并输送食物，作为回报，真菌用自己宽广的菌丝网络大大提高了植物吸收水和矿物质的能力。真菌的菌丝提供的吸收表面积远远超过了树根根须本身。然而最近才为人所知的是，真菌的菌根网络远比预期的复杂，还有，真菌网络是树木之间的交流通道。我要向你描述的工作多数属于英属哥伦比亚大学Suzanne Simad教授实验室的研究成果。 举例来说，这是一幅描绘英属哥伦比亚大学内一块30米*30米的花旗松林下菌根网络的模拟图。图中只展示了花旗松（绿色的锯齿状圆斑，圆斑大小与树的直径成正比），以及两种菌根菌。实际上，这块土地内有几种别的树以及上百种别的菌根菌。真的是上百种。名副其实的“木维网”。
图片来源：Beiler et al. 2010. Click image for source 图中的黑点代表科学家们为测定树根周围的根须腹菌，而在土里钻孔取样的位置。图中的直线标出了在菌根样本中找到了哪棵树的根须。黑点周围的轮廓线表示检测到的每株真菌个体的分布范围，填充了粉色的代表R. vinivolor，填充蓝色的代表R. vesiculosus。黑色的箭头指出了图中联系最广的树；它通过一种根须腹菌的8株个体和另一种根须腹菌的3株个体与总共47棵树相联系。相对的，同一株根须腹菌最多联系了19棵树，有老有少。如果在一块有限土地中，仅仅两种真菌和一种树形成的联系就如此错综，可以想象把所有真菌和树木都考虑在内会有多复杂。 已经有证据显示水和糖分会从较年长的树里转移入菌丝网络（毕竟，它们在供养这些真菌），所以菌丝网络也有可能会为那些较为年轻，还未能自力更生的树木提供养料；事实上，这种假设已经被实验证实了。若果真如此，你是否想到了砍伐树林里成熟的大树意味着什么——那将严重破坏这个网络中的联系，从而削弱整个网络的稳定性。 让我惊讶的是，当我为写这篇文章查阅资料的时候，我发现人们早已知道不同种类的树木之间可以通过菌根相互交流和扶持。不同种类的植物之间可以通过空气相互交流的事实已经广为人知；被食草动物啃食的植物会向周围释放挥发性的化学物质，其它植物感受到之后会为了以防万一而进入戒备状态。但是通过根须交流——甚至分享资源——却让我感觉耳目一新的。 在草本或者其它非木本植物中，菌根被证实可以在植物受到昆虫或病原攻击的时候向其它植物发出警告，也可以向周围的同种或者异种植物输送必需的养料。同种植物之间，菌根能够把磷酸盐和氮质从濒死的植物转移到健康的植物里。修剪植物的原理也证明养料可以从受伤的植物流向健康的植物。菌根甚至可以向周围与植物竞争资源的其它植物传送意为“滚开”的有毒物质。然而，在这些研究中的草本植物丛枝菌根，与木本植物的外生菌根却有很大的不同。 Simard教授和研究生Brendan Twieg及Leanne Philip发现美国花旗松幼苗和纸桦木通过菌根，季节性地交换碳元素。夏季的时候纸桦木给花旗松幼苗，尤其是背阴幼苗提供碳元素，提高它们的存活率。而在春季和秋季，花旗松在纸桦木没有叶子的时候还以恩情。
冰河国家公园（Glacier National Park）的纸桦木。图片来源：“Three Betula papyrifera by McDonald Lake” byWing-Chi Poon – Own work. Licensed under CC BY-SA 2.5 via Wikimedia Commons. Simard和同事们还非常好奇是否菌根可以帮助不同的树木应对气候的变化。气候变化可能导致松树和云杉遭受甲虫、枯萎和锈病的侵害，而其中温度更高，降水更少的夏季则会导致干旱以及云杉蚜虫灾，毁灭大片美国花旗松林。失去大量的针叶毫无疑问会导致树的死亡，但这也为由于气候变化而北迁的其它树木腾出了空间。 这种情形就正如花旗松林的大片凋亡，这样的情况发生之后，在同一块栖息地内，花旗松的死亡和腐烂（还有人类的除害伐木行为）都使得后来出现的美国黄松能做好更充足的准备，应对温度升高的气候改变。两种树都是数百种真菌的宿主，这其中还是有一些是它们共有的。所以科学家们想知道：在这个过程中，菌根可以通过直接从濒死的美国花旗松向年轻的美国黄松中转移养料的方式来促进这种更替吗？ 这正是他们利用盆栽的幼苗进行实验所发现的，结果刊登在了2月的《科学报告》（journal Scientific Reports）杂志上。他们用网丝隔离了植物的根，让它们不能直接交联（相互接触的根须会引发“竞争”从而降低分享资源的能力），但是并不阻碍菌根菌将植物联系起来。当科学家把花旗松幼苗的针叶全拔掉的时候，这些伤痕累累的树和它们根部的真菌不仅向它们周围的黄松输送养料，还传输了某种逆境信号，强烈刺激了黄松合成防御相关的酶。这些举动可以帮助黄松应对类似的伤害。
根须外包绕的外生菌根真菌。这些真菌来自一个叫Amanita的属，这个属的真菌因盛产剧毒的蘑菇而臭名昭著。图片版权：Licensed under CC BY 2.5 via Wikimedia Commons. 传输的养料量并不是可有可无的。用放射性碳原子标记检测传输的养料，其量几乎相当于用于繁殖的能量——无论怎么说都是一份慷慨的捐赠。他们还用云杉蚜虫检测了被去了叶的花旗松，然而蚜虫们看起来像是没有了胃口，吃掉的叶子不是很多。科学家们认为严重的虫灾下，植物的防御反应会与他们人为去掉树叶的反应相似。 这个现象让我很震惊。尽管它们不是一个物种，但是看起来事实像是花旗松无怨无悔（不求回报）地在用自己的性命帮助它周围的黄松。即便不是无怨无悔，花旗松通过真菌把自己的资源传递给不同种的黄松，这种跨界的行为本身，已经足够让我吃惊了。 花旗松到底是“有意”并且无私地把养料和防御信号传递给黄松的，还是因为真菌而不得已为之？这可能只是源—汇策略（source-sink scenario）的被动效果，在受到严重伤害时，花旗松为了安全地保存营养物质，会把它们送入菌根中，而这些过量的资源自然而然地会顺着梯度从高浓度区送到低浓度区（正在生长的，资源短缺的黄松）。另外花旗松可能也仅仅是比较利他或者说比较实用主义，因为把碳元素输送到根部很可能造福了它周围的近亲（甚至是后代？），就算养料最后流到了不同种的植物那里，它的那些亲戚也可以通过整个森林系统的稳定健康而受益。
还有可能，这一切只是精打细算的真菌为了自身利益而耍的诡计，作者们写道，“通过把碳元素和信号分配并发送到更健康更可靠的黄松里，真菌能够保护其自身的碳元素网络。”这样，菌根菌可以帮助森林更好地应对一般的侵害，尤其针对气候的改变——不论是干旱还是虫害。如此一来，真菌们得以从因为气候改变而濒死的植物里转移已有的珍贵养料以及关于虫害的警告信号，并把它们输送给北迁的新植物物种，帮助它们在新的开垦地上生存和立足。（翻译：祝锦杰； 审校：海带丝） （本文观点仅代表作者，不代表《科学美国人》） 关于作者：Jennifer Frazer是一位获得过《科学》杂志优秀记者奖的科普作家。她拥有生物学、植物病理学/真菌学，以及科普写作学的学位。她也进行体外生命的研究。你可以在推特上关注她@JenniferFrazer。  本文来源：环球科学-科学美国人中文版 作者：祝锦杰
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