植物間社交網(wǎng)絡(luò)的秘密

曹兵/編譯

植物間社交網(wǎng)絡(luò)的秘密

曹兵/編譯

最近的科學(xué)發(fā)現(xiàn)使人們對于植物之間的物質(zhì)交換、分享甚至友誼的認(rèn)識和理解提升到一個新高度

●在倫敦的艾坪森林，一位名叫梅林的科學(xué)家正在偷聽地底下樹木之間的竊竊私語。

艾坪森林是一處受到嚴(yán)格管制的地域。這片區(qū)域最初于12世紀(jì)由亨利二世發(fā)布敕令，成為皇家狩獵場。如果發(fā)現(xiàn)平民在這里偷獵，則會受到嚴(yán)重的刑罰。從1878年起，這個地方則轉(zhuǎn)為由倫敦市社團(tuán)管理，它根據(jù)48條社團(tuán)法規(guī)規(guī)范這片森林內(nèi)的行為舉止。今天，這片森林的范圍則被完全限定在M25號公路內(nèi)。M25號公路是環(huán)繞大倫敦區(qū)域的環(huán)形公路。森林內(nèi)有小型道路穿過，整個區(qū)域的寬度很少超過4千米。森林內(nèi)有一百多個湖泊和池塘，其中有幾個是1944年倫敦遭到V1炸彈轟炸時留下的爆炸坑。然而，艾坪森林的神奇故事依舊在上演。艾坪森林目前占據(jù)著將近6 000英畝的面積，區(qū)域內(nèi)有各種樹木、荒地、草地和溪流，當(dāng)?shù)仄矫竦纳罂梢栽谶@里自由享用草地上的牧草，而蝰蛇則在林中空地享受著日光浴。盡管在各種用途間不斷切換——從高爾夫球場到山地自行車道——艾坪森林依然維持著其魔幻氛圍。

今年初夏，我在那里度過了兩天，徜徉于森林之中，和一位年輕的植物學(xué)家梅林·夏爾德雷克（Merlin Sheldrake）進(jìn)行了暢談。夏爾德雷克是一位研究菌根真菌的專家。他的研究成果將改變我們對森林的認(rèn)知。幾個世紀(jì)以來，人們一直認(rèn)為真菌對植物有害，它們寄居在植物體內(nèi)，引發(fā)疾病和功能障礙。然而最近的研究使我們認(rèn)識到某些種類的普通真菌和植物存在著微妙的共生關(guān)系，不會帶來疾病的傳染，而會帶來各種奇妙的關(guān)聯(lián)。這些真菌會產(chǎn)生像蜘蛛絲一樣粗細(xì)的真菌管，稱之為菌絲，這些菌絲可以在土壤中穿梭，在分子級別和植物根部尖端相互交聯(lián)。植物的根和真菌相互結(jié)合，形成了所謂的菌根（mycorrhiza）：這是一個復(fù)合詞，由意為真菌的mykós和意為根部的riza的兩個希臘詞根組成。由此，植物個體在地下經(jīng)菌絲網(wǎng)絡(luò)相互連接在一起，這是一系列紛繁復(fù)雜的協(xié)作結(jié)構(gòu)，我們稱之為樹林萬維網(wǎng)。

這些菌根真菌和植物相互聯(lián)接的關(guān)系，已經(jīng)存在了很久（大約4億5千萬年）是一種共生關(guān)系——兩者都能從這種互聯(lián)中獲取利益。從菌根真菌來說，它可以從樹木汲取營養(yǎng)，獲得樹木在光合作用中制造的復(fù)合碳元素的糖類；而從植物來說，通過自身不能合成的酶，可以得到真菌從土壤中獲取的諸如磷和氮的營養(yǎng)元素。

但是，樹林萬維網(wǎng)的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了基本的物質(zhì)交換。真菌網(wǎng)絡(luò)也可以讓植物在不同個體之間分配資源——糖、氮、磷。一株死亡的樹木可以將自己的資源輸送給整個社區(qū)，或者處于大樹樹蔭下的小樹苗可以由此從其強(qiáng)壯的鄰居那里獲得額外的資源。更令人驚訝的是，網(wǎng)絡(luò)可以讓植物向彼此發(fā)送警告信息。一株受到蚜蟲攻擊的植物可以在蚜蟲到達(dá)周圍植株前提示其加強(qiáng)防衛(wèi)。之前，科學(xué)家們已經(jīng)了解到植物可以在地上通過空氣傳播的激素進(jìn)行信息交換。但是，從來源和接受者來看，地下的這種菌根網(wǎng)絡(luò)要更加精確。

發(fā)現(xiàn)樹林萬維網(wǎng)的存在，并不斷揭示它所起到的作用，可以使我們了解物種的起源和消亡，把森林作為單一的超級生物體來看待，而不僅僅是一組獨立的個體群落，使我們更深入地認(rèn)知植物之間的物質(zhì)交換、分享甚至是它們的友誼?！叭绻蚁牒唵蚊髁说叵騽e人解釋我正在從事的研究工作，我只需告訴別人我正在研究植物的社交網(wǎng)絡(luò)就行了?！毕臓柕吕卓烁嬖V我。

夏爾德雷克今年28歲，個子高挑、滿頭卷發(fā)。我們見面的時候，他圍著一條藍(lán)色渦紋花呢制成的圍巾，穿著無領(lǐng)羊毛夾克，背著卡其色帆布背包，背包上面釘著亮光黃銅扣。他看起來像是一位維多利亞時代走來的植物獵人，隨時準(zhǔn)備好了進(jìn)入?yún)擦种刑诫U。除了進(jìn)行科學(xué)專業(yè)研究，夏爾德雷克還在一個名叫“溫柔秘密”的樂隊中演奏手風(fēng)琴，樂隊的其中一首單曲名字為《蘑菇30 000》，屬于迷幻史詩風(fēng)格，而樂隊的整體風(fēng)格則匯合了各種音樂元素——東歐猶太民樂、嘻哈、電音以及滑稽模仿。一聽迷離，再聽癡迷。

作為本科生在劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)自然科學(xué)時，夏爾德雷克讀到了一篇植物學(xué)家E·I·紐曼撰寫的論文《植物之間的菌根聯(lián)系：它們的功用及其生態(tài)意義》。在這篇論文里，紐曼大膽地提出了聯(lián)系植物的菌絲網(wǎng)絡(luò)的存在。“如果這種現(xiàn)象廣泛存在，”紐曼寫道，“那么，它將對生態(tài)系統(tǒng)的運行發(fā)揮著深遠(yuǎn)的影響。”

這些新奇的論點深深地吸引著夏爾德雷克。他一直對真菌充滿了好奇心。在他看來，它們擁有超能力。他知道這些物種可以把巖石變?yōu)樗槭?，在地上和地下快速穿梭，在水平方向進(jìn)行繁殖，通過向體外排泄酶消化食物。他已經(jīng)知道它們的毒素可以殺死人類，它們可以合成精神致幻類的化學(xué)物質(zhì)，使人進(jìn)入迷幻狀態(tài)。在閱讀了紐曼的論文以后，他認(rèn)識到真菌還可以讓植物在彼此之間進(jìn)行溝通交流。

“所有這些樹木在其根部都生長著菌根真菌，”夏爾德雷克說，一邊指了指我們身邊屹立著的山毛櫸和鵝耳櫪，“你可以想象真菌本身在地下形成巨大的網(wǎng)絡(luò)，微小的管路在各個維向伸展，形成樹木的假體——繼續(xù)延展的根部體系，向外延展?jié)B透入更深的土壤層中，獲取營養(yǎng)物質(zhì)，然后輸送回至樹木體內(nèi)；而植物的綠葉則固定碳元素，合成碳水化合物，輸送至根部，然后進(jìn)入真菌體內(nèi)。所有這一切正在我們腳下悄然發(fā)生?！?/p>

接著我們來到一片開闊地中央，數(shù)百株亮綠色的山毛櫸樹苗正在茁壯成長，每棵植株大概有幾厘米高，充分享受著陽光的沐浴。夏爾德雷克跪下來，清理掉落葉，露出一片盤子大的地方。他捏起一把碎土，用手指搓了搓：富饒的黑色腐殖質(zhì)?！昂茈y用實驗的方法來分析土壤，菌絲太微小無法用肉眼辨別，”他說，“你可以把根視系統(tǒng)埋入地下，觀察其根部的生長，但是你卻無法觀測到真菌的生長。當(dāng)然你可以對地面以下進(jìn)行激光掃描，但是這對真菌網(wǎng)絡(luò)來說還是太粗淺了?！?/p>

閃閃發(fā)光的棕黃色蜘蛛和黃銅甲蟲正在葉子上爭斗。菌絲將會在腐爛的葉子、原木和樹枝上分解物質(zhì)以獲取食物，逐漸成長，然后你就可以看到菌根真菌形成群落，夏爾德雷克說，一邊指著林中空地。除了滲透進(jìn)入樹木根部，菌絲同時還互相滲透——菌根真菌無法從細(xì)胞層次互相分離。這種互相滲透可以允許基因物質(zhì)在水平方向傳播，真菌通過無性繁殖就可以傳宗接代。夏爾布雷克解釋道。我試著想象土壤為透明的，這樣我的腦海中就浮現(xiàn)出真菌所組成的地下立體交通網(wǎng)絡(luò)，這些真菌像線一樣懸垂在樹根上，就像我們這個城市地下的網(wǎng)絡(luò)和光纖一樣。我曾經(jīng)聽到過作家琪娜·米爾維爾（China Mieville）使用一個特別的習(xí)語來描述真菌世界：灰色王國。這個詞體現(xiàn)了真菌世界的另一面：它對我們平時所認(rèn)識的時間、空間、維度和物種概念提出了新的挑戰(zhàn)?！澳憧粗@些網(wǎng)絡(luò)，”夏爾布雷克說，“然后它也在回頭看著你?！?/p>

在漫步了2小時后，我們到了森林的邊緣，穿過M25號公路，翻過鐵絲護(hù)欄，到了一處看起來像是私人領(lǐng)地的空地上休息。我們倒不是迷路了，但是我們確實需要知道這片森林的范圍到底有多大。我在手機(jī)上查看了艾坪森林的混合地圖。一個藍(lán)點在我們所處的位置閃動。綠色向東南方向繼續(xù)蔓延，那里就是我們前進(jìn)的方向，穿過繁忙的公路，進(jìn)入森林深處，直至幾乎聽不到車輛的轟鳴聲。

當(dāng)夏爾德雷克于2011年開始進(jìn)行博士研究時，劍橋大學(xué)沒有一位導(dǎo)師涉足生物共生或者菌根真菌領(lǐng)域，所以他聯(lián)系了其他研究機(jī)構(gòu)的研究人員，他們來自瑞典、德國、巴拿馬和英格蘭。夏爾德雷克和這些專家建立起了一個研究菌根真菌的專家網(wǎng)絡(luò)。在博士研究的第二年，夏爾德雷克來到中美洲進(jìn)行實地考察。他進(jìn)入巴羅科羅拉多島，這個島嶼位于巴拿馬運河流域的加屯人工湖中。在那里，他加入到一位名叫小埃格伯特·基爾斯·李（Egbert Giles Lee,Jr）的美國進(jìn)化生物學(xué)家所帶領(lǐng)的科學(xué)家團(tuán)隊。

菌根真菌和植物互相聯(lián)結(jié)的關(guān)系自遠(yuǎn)古時代就存在了，大約已經(jīng)有4億5千萬年了

從方法學(xué)上來說，在島上所進(jìn)行的某些科學(xué)研究充滿了危險。例如，夏爾德雷克把一位美國年輕科學(xué)家所進(jìn)行的研究稱為“醉酒猴子假說”，這項研究嘗試收集猴子大量食用經(jīng)過發(fā)酵的果實后排泄的尿液，以便評估這些尿液的毒素水平。夏爾德雷克在研究過程也面臨著自己的困擾和沮喪。他早期的工作就是把孢子樣品帶回實驗室進(jìn)行篩選分析。每天面對的都是腐爛、蒸煮、固化和防腐，這樣的工作日積月累，不免逐漸開始讓人心灰意冷。他一直期望著能夠和所研究的真菌可以有更加直接的接觸。一天下午，他正在顯微鏡下觀察菌根真菌的孢子，他突然意識到它們看起來非常像魚籽醬。在經(jīng)過幾個小時的清洗和篩分后，他已經(jīng)有一堆“魚籽醬”了，他用鑷子把它們放在一小片餅干上，然后吃掉了這塊餅干?！版咦訉θ梭w真的很好，它們含有大量脂質(zhì)?！彼f。有時候他也會把這些孢子切成細(xì)絲，然后用鼻子吸入。

在島上進(jìn)行研究的第二季，夏爾德雷克開始對那些依靠真菌獲得營養(yǎng)的植物產(chǎn)生了濃厚的興趣，它們通常被簡稱為真菌寄生植物。真菌寄生植物是一類缺少葉綠素的物種，無法進(jìn)行光合作用，因此完全依賴于真菌網(wǎng)絡(luò)為其提供碳元素。這些非綠色植物潛入真菌網(wǎng)絡(luò)，從中汲取各種養(yǎng)分，卻不用付出任何回報，至少目前看起來是這樣的。夏爾德雷克說：“它們不遵守通常的共生原則，但是我們也無法證明它們就是寄生生物。”夏爾德雷克特別關(guān)注真菌寄生種群中一種名叫瓦龍膽（voyria）的植物，它們的花朵像淺紫色的星星一樣開滿了巴羅科羅拉多島的叢林。

人們對樹林萬維網(wǎng)的核心爭論在于該如何描述各種物種之間進(jìn)行的交易。大家提出了兩種針鋒相對的觀點：共享森林——樹木充當(dāng)護(hù)理者，互相照顧，富裕的物種支持有需要的弱者；競爭森林——在一個充滿競爭的系統(tǒng)中，所有主體以自己的利益出發(fā)作出決定。夏爾德雷克喜歡瓦龍膽的原因之一是（他解釋道）因為它們還無法被人類充分認(rèn)識，仍然處于十分神秘的狀態(tài)：“它們就是樹林萬維網(wǎng)的黑客?！?/p>

作為最好的植物學(xué)家，島上的當(dāng)?shù)鼐用褡鳛橹趾拖臓柕吕卓艘黄疬M(jìn)行考察活動，對當(dāng)?shù)氐耐寥肋M(jìn)行詳盡的統(tǒng)計，對數(shù)百種從綠色植物及瓦龍膽獲取的根部樣品進(jìn)行DNA測序。這樣就可以使我們了解與植物相連接的真菌是什么種類，從而史無前例地繪制出叢林中最清晰的社交網(wǎng)絡(luò)地圖。夏爾德雷克掏出他的手機(jī)，在屏幕上向我展示了所繪制的地圖圖像。圖像中所展示的各種物種之間的微妙關(guān)系讓我想起了曾經(jīng)試圖描繪全球因特網(wǎng)的努力：縱橫交錯的各色線條，如同煙花一般錯綜復(fù)雜。

我們停下來休息，來到一片古老松樹包圍起來的高地上，找到一塊干燥的地方，開始享用隨身攜帶的食物。夏爾德雷克帶了兩個芒果和一個菠菜餡餅。他喝著啤酒，而我?guī)Я孙嬘盟?。在我們腳下，松樹根蜿蜒曲折，在我們四周爬行。他向我講述他在自家廚房臺面上建造的家庭實驗室，在自家花園架子上運行的小型釀酒廠。他使用蜂蜜釀造蜂蜜酒，使用三一學(xué)院內(nèi)牛頓的蘋果樹上的果實釀造蘋果酒，命名為重力；使用唐恩宅里達(dá)爾文花園中的蘋果釀造蘋果酒，命名為進(jìn)化。

當(dāng)天晚些時候，我們來到湖邊，已經(jīng)結(jié)塊發(fā)硬的爛泥凝固在淺水岸邊。鯉魚冒出水面呼吸新鮮空氣。水雞在水邊踱步，不時發(fā)出幾聲鳴叫。湖面偶爾出現(xiàn)幾個巨大的氣泡。夏爾德雷克和我坐在湖邊，凝視著遠(yuǎn)方的落日。他告訴我，在發(fā)表了幾篇關(guān)于菌根真菌的專業(yè)論文之外，他還計劃出版準(zhǔn)備這些論文背后所發(fā)生的各種千奇百怪的故事——現(xiàn)場考察時出現(xiàn)的幸運事件，使人靈光閃現(xiàn)的機(jī)緣巧合以及長期在外的困惑無聊和偶然相遇。兩位經(jīng)過的遛狗游客打斷了我們的對話。一位滿懷期待的問我們：“你們知道游客中心在哪里嗎？”另一位說道：“我們迷路了?！薄氨福覀円裁月妨??！蔽议_心的告訴他們。四個人做著最有把握的猜測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)我們手頭的信息十分有限。他們失望地離開了。

[資料來源：The New Yorker][責(zé)任編輯：遙醒]

本文作者羅伯特·麥克法蘭（Robert Macfarlane），英國劍橋大學(xué)伊曼紐爾學(xué)院研究員。