「木聯網」來了！科學家首次描繪出連接樹木的地下微生物網路
不論是參天的紅木還是纖細的茱萸，只要是樹木，一旦離開了它們的微生物「隊友」就難以為繼。上百萬種真菌、細菌在土壤和樹根間交換營養物質，編織出一張寬廣的有機體網路，遍布整個樹林。近日，科學家通過分析涵蓋超過70個國家、28000種樹木的資料庫，首次在全球尺度上描繪出「木聯網」地圖。
「我之前從沒見過任何人做過任何類似的事。」美國加州大學爾灣分校生態學家Kathleen Treseder說，「我真希望之前能想到這些。」
若要描繪森林地下網路系統地圖，就必須預先知道一些更基礎的東西：樹木究竟生活在哪裡。從2012年起，瑞士蘇黎世聯邦理工學院生態學家Thomas Crowther就開始搜集海量相關數據。這些數據有的來自政府機構，有的來自全世界辨別樹木和測量參數的個體科學家。2015年，Crowther測繪出全球樹木分布圖，並報告稱地球上大約存在3萬億棵樹木。
受該論文啟發，斯坦福大學生物學家Kabir Peay給Crowther致信，建議他將同樣的工作細分到森林樹木的地下有機體網路研究領域。Crowther資料庫里的每一棵樹都和某些種類的微生物緊密關聯。
例如，橡樹和松樹的根部被外生菌根包圍，它們可以在尋覓營養物質的過程中建立起一張廣袤的地下網路。作為對比，楓樹和雪松更偏愛叢枝菌根，它們直接藏身在樹木根部細胞中，形成較小的土壤網路。其他樹木，主要是豆科植物，與能把大氣中的氮元素轉化成可利用的植物性食物的細菌有關聯。這個過程被稱作「固氮」。
研究者在Crowther的資料庫里創建了一個計算機演算法，以搜尋那些附帶外生菌根、叢枝菌根和固氮菌的相關樹木與諸如溫度、降水、土壤化學、地形等當地環境因素之間的關聯性。研究者可以通過這一關聯性填補全球木聯網地圖，並預測亞洲和非洲大部分之前缺乏數據的地區更可能存在哪種真菌。
當地氣候為「木聯網」搭建了舞台。研究團隊在《自然》上報告稱，在涼爽的溫帶森林和寒帶森林中，木材和有機物質降解緩慢，創建網路的外生菌根佔據統治地位。研究人員發現，這些地區大約4/5的樹木都與該真菌相關。結果預示，當地研究中發現的網路確實也滲透了北美、歐洲和亞洲土壤。
相比之下，在較溫暖的熱帶地區，木材和有機物質降解迅速，叢枝菌根佔據主導地位。這種真菌只構成較小的網路，並較少在樹木之間纏結交換。這意味著，熱帶的「木聯網」可能更加局域化。這些地區約90%的樹木與叢枝菌根相關，它們中的大部分集中在生物多樣性極高的熱帶地區。固氮菌則在炎熱乾燥的地方丰度更高，比如美國西南地區的沙漠。
Charlie Koven是勞倫斯伯克利國家實驗室的地球系統科學家，他對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價。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，包括一些難以測量的過程。「比如土壤中營養物質和氣體的喪失可能會影響不同微生物的生活位置。」他說，「若真如此，該研究的預測可能就不那麼準確。」
儘管存在諸多不確定性，這些與樹木相關的微生物的棲息數據依然用處頗多。Treseder表示，這些發現可以幫助研究者建立更優的計算機模型，以預測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量比例。
Crowther已做了相關預測。結果顯示，在全球變暖的過程中，大約10%的外生菌根相關樹木可能會被叢枝菌根相關樹木取代。在叢枝菌根佔主導地位的森林裡，微生物以更快的速度「翻騰」著含碳有機物，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因此進一步加速。
對Treseder來說，這個主張「有一點點站不住腳，但是我願意被說服」。她補充道。如今，科學家依然在發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）
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