林木“互聯(lián)網(wǎng)”

成琳嵐

森林深處可不像它表面上看起來的那般寧靜。越來越多的研究顯示，這些樹木可以通過一個(gè)巨大的地下真菌網(wǎng)絡(luò)相互進(jìn)行“交談”呢！

當(dāng)加拿大森林生態(tài)學(xué)家斯馬爾德教授意識(shí)到樹木之間可以相互進(jìn)行交談時(shí)，她并未對(duì)此感到特別的意外。因?yàn)樗柜R爾德教授的職業(yè)生涯是從做護(hù)林員開始的，那時(shí)，她只負(fù)責(zé)種植成片整齊的樹木。但她知道，植物的自然狀態(tài)絕非像人們?cè)苑N的樹木行列那樣規(guī)整，而是一個(gè)充滿了令人難以置信的混亂、復(fù)雜并相互關(guān)聯(lián)的世界。當(dāng)人們走入原始森林，看到的都是交織在一起的植物，它們其實(shí)都在彼此提供棲息地。自然界就是這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)般的存在，大量相互作用的個(gè)體置身其間，彼此依存。

這些發(fā)現(xiàn)始于20世紀(jì)90年代。當(dāng)時(shí)，有很多林業(yè)學(xué)者都在研究樹木之間如何競(jìng)爭(zhēng)光照，但一種關(guān)于真菌與植物根系之間的地下聯(lián)系即被稱作“菌根”的研究正逐步開展起來，并不時(shí)有令人興奮的新發(fā)現(xiàn)。斯馬爾德便將眼光逐漸放到了地下，發(fā)現(xiàn)那里才是指揮樹木行為的大本營(yíng)。

是的，在我們腳下，植物正在不斷地進(jìn)行著對(duì)話，那些關(guān)于友誼、貪婪與背叛的故事，也正依托著這個(gè)地下網(wǎng)絡(luò)不斷地上演著。如果說森林里的樹木之間有著千絲萬縷的復(fù)雜關(guān)系，那么，這個(gè)地下世界的精彩程度也絕不亞于地上。現(xiàn)在就讓我們來一起看看，這個(gè)被稱為“林木互聯(lián)網(wǎng)”的微觀世界吧。

地下才是指揮樹木行為的大本營(yíng)。在我們腳下，植物正在不斷地進(jìn)行著對(duì)話，那些關(guān)于友誼、貪婪與背叛的故事正在上演。

樹木的語言

首先我們要知道，菌根無處不在。每當(dāng)在森林中前進(jìn)一步，你的腳步便能覆蓋拉伸起來有數(shù)百千米長(zhǎng)的真菌菌絲，這些菌絲便是“林木互聯(lián)網(wǎng)”中的“光纖電纜”。它們與植物的根一起形成菌根，并依靠著這樣的聯(lián)結(jié)相互傳遞各自生長(zhǎng)所需的物質(zhì)。

數(shù)十年來，這樣的關(guān)系被視為植物與真菌之間的直接交換，即植物通過光合作用提供富含碳的糖類，作為回報(bào)，它們也能依靠真菌從土壤中獲取自身所需的磷、氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

現(xiàn)在，我們可不能忽視來自另一層面的互動(dòng)——所謂的交換不僅僅局限于植物與真菌之間，相鄰的植物間也會(huì)通過真菌作為通道彼此進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。隨著真菌菌絲的延伸，越來越多的植物加入進(jìn)來，形成一個(gè)名為“共同菌根網(wǎng)絡(luò)”的網(wǎng)絡(luò)。通過這些網(wǎng)絡(luò)，植物間便可以相互交換營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及水分等等。

科學(xué)家將這樣的交換稱為“樹的語言”。通過這樣的“語言”，樹木們還真是有很多“話”可說?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)引導(dǎo)那些被共同的菌根網(wǎng)絡(luò)所連接的植物，吸收一些資源型物質(zhì)如碳的同位素時(shí)（同位素是同一元素的不同原子，其原子具有相同數(shù)目的質(zhì)子，但中子數(shù)目卻不同。例如：氫的同位素氕、氘和氚），人們便可依靠追蹤這些同位素的移動(dòng)來發(fā)現(xiàn)樹木之間的物質(zhì)交換。就這樣，一個(gè)如同“林木社區(qū)”樣的圖景展現(xiàn)在了我們面前：“母樹”會(huì)將碳類資源傳遞給自己的幼苗：將死的樹木也會(huì)將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)捐獻(xiàn)給自己的鄰居；有的樹甚至偏愛地將更多的資源分配給與自身密切相關(guān)的植物；有的樹會(huì)成為資源集散地一般的存在，在富集營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與水分的同時(shí)，又將其分配給同一個(gè)菌根網(wǎng)絡(luò)中對(duì)此有需要的植株。

菌根無處不在。每當(dāng)在森林中前進(jìn)一步，你的腳步便能覆蓋拉伸起來有數(shù)百千米長(zhǎng)的真菌菌絲，這些菌絲便是“林木互聯(lián)網(wǎng)”中的“光纖電纜”。

“和諧社區(qū)”

照這么看來，樹木間可以相互提供支持，并一起塑造它們棲息著的生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)所有身處其間的樹木都聯(lián)系在一起時(shí)，這樣的森林便不再是簡(jiǎn)單的樹木集合，而更像是一個(gè)巨型的超級(jí)個(gè)體。

然而，“林木互聯(lián)網(wǎng)”還不僅僅限于樹木之間。從熱帶雨林到北極苔原幾乎都能找到菌根的存在，它們持續(xù)地滋養(yǎng)著地球上絕大多數(shù)陸地植物的生長(zhǎng)。這些菌根所形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，不僅包含多種植物，也可以包括多個(gè)物種，并且，它們還能夠根據(jù)所涉及的真菌類型的不同，去交換不同的物質(zhì)。

在過去的幾年里，科學(xué)家已經(jīng)證實(shí)，連接到“林木互聯(lián)網(wǎng)”中的植物，并非只是相互傳遞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。當(dāng)蠶豆遭到蚜蟲侵襲時(shí)，它們釋放的化學(xué)物質(zhì)不但能擊退攻擊者，甚至還能吸引來捕食蚜蟲的黃蜂。這可真是個(gè)雙管齊下的好計(jì)謀！英國(guó)微生物生態(tài)學(xué)家大衛(wèi)·約翰森教授對(duì)此十分感興趣。他想知道的是，菌根系統(tǒng)是否還能作為預(yù)警系統(tǒng)，讓植物知道攻擊正在發(fā)生。于是，他將蚜蟲引到植株上，觀察相鄰植物的反應(yīng)。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鄰居受到攻擊時(shí)，這些植物會(huì)表現(xiàn)出相同的防御反應(yīng)。不過，只有當(dāng)它們的根系位于同一個(gè)菌根網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，這樣的情況才會(huì)出現(xiàn)。

植物隱秘的社交生活

一直以來，人們普遍認(rèn)為植物之間是不存在交流的。然而，最近科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：植物界許多物種間實(shí)際上有著相當(dāng)生動(dòng)且信息豐富的“對(duì)話”。一方面，植物會(huì)通過向空氣中釋放一種有氣味的揮發(fā)性有機(jī)化合物來傳遞信息：另一方面，它們還可以分泌可溶性化學(xué)物質(zhì)到根際，并沿著由土壤真菌形成的網(wǎng)狀通道來運(yùn)輸這些物質(zhì)。所有這些信號(hào)可不僅僅是“閑聊”，而是警告自己的“鄰居”即將到來的各種危險(xiǎn)。

例如，為了應(yīng)對(duì)食草動(dòng)物的襲擊或是感染，植物會(huì)釋放一種混合性的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）到空氣中，相鄰的植物一旦接收到該物質(zhì)，便會(huì)激活自身的防往P系統(tǒng)，或是改變某些與防御相關(guān)的基因表達(dá)，來應(yīng)對(duì)即將面臨的危險(xiǎn)。

有時(shí)，針對(duì)食草動(dòng)物的啃食以及針對(duì)病原體的警告信號(hào)，也會(huì)通過土壤真菌的絲狀菌絲傳播開采。這些真菌菌絲根植在地下菌絲體網(wǎng)絡(luò)中，連接著不同植物的根。然而，對(duì)于這些有機(jī)化合物在菌絲網(wǎng)絡(luò)中的傳播機(jī)制，現(xiàn)階段的科學(xué)研究還未能完全掌握。有種假設(shè)認(rèn)為，它們可能是沿著菌絲表面流動(dòng)的薄層水，或是通過菌絲本身的細(xì)胞質(zhì)而得以行進(jìn)。

另外，當(dāng)遭到干旱威脅時(shí)，植物也會(huì)從其根部分泌可溶性化學(xué)物質(zhì)并通過土壤擴(kuò)散到相鄰植物的根部，相鄰植物會(huì)關(guān)閉其葉片上的氣孔來進(jìn)行響應(yīng)，并進(jìn)一步將該信息傳遞給下一個(gè)相鄰的植株。

連接到“林木互聯(lián)網(wǎng)”中的植物，并非只是相互傳遞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。當(dāng)蠶豆遭到蚜蟲侵襲時(shí)，它們釋放的化學(xué)物質(zhì)不但能擊退攻擊者。甚至還能吸引來捕食蚜蟲的黃蜂。

當(dāng)然，這種真菌通信的速度肯定與寬帶網(wǎng)速是不能比的，大概只能看作是撥號(hào)上網(wǎng)吧，但就算這樣，當(dāng)饑餓的毛蟲來襲，或是有害病原體肆虐之時(shí)，它們也在植物間傳遞此類信息方面發(fā)揮著重要的作用。

充滿競(jìng)爭(zhēng)

到目前為止，一切看起來都很和諧。植物會(huì)對(duì)自己的鄰居伸出幫助的手，這樣的想法真的很好，但荷蘭科學(xué)家基爾卻認(rèn)為：這并不現(xiàn)實(shí)。我們看到一個(gè)和諧的林木社區(qū)，不過是因?yàn)槲覀兿胍吹胶椭C而已，這符合我們作為終極養(yǎng)育者的自然世界觀。但是，當(dāng)我們揭開表面往下看時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這里根本就不和諧。畢竟，在一個(gè)資源有限的環(huán)境里，“鄰居”有時(shí)候真的只是“對(duì)手”的另一種稱呼而己。

基爾及其團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不同種類的植物連接到相同的真菌網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它們對(duì)于供給這些真菌便開始興致大減。這一發(fā)現(xiàn)具有重要意義，這一現(xiàn)象表明，當(dāng)發(fā)現(xiàn)真菌網(wǎng)絡(luò)同時(shí)也在惠及自己的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手時(shí)，植物就會(huì)采取另外一種競(jìng)爭(zhēng)策略。

就像硬幣有正反一樣，“林木互聯(lián)網(wǎng)”也有著它的黑暗面。當(dāng)樺樹向它的杉樹鄰居捐贈(zèng)碳的時(shí)候，蘭花卻會(huì)從棲身的樹上偷取一些碳；當(dāng)有的樹向同類發(fā)出疾病來襲的警告時(shí)，另一棵樹可能正在向自己的對(duì)手輸出致命的毒素。是的，就如同合作一樣，競(jìng)爭(zhēng)也是定義“林木互聯(lián)網(wǎng)”不可或缺的一環(huán)。

即便一些表面上看起來十分友好的物質(zhì)交換，其實(shí)質(zhì)也并非那么美好。美國(guó)科學(xué)家凱瑟琳·莫里斯博士在花了數(shù)年時(shí)間探索植物間通過菌根網(wǎng)絡(luò)建立的復(fù)雜關(guān)系之后發(fā)現(xiàn)：把植物之間的關(guān)系想象成互幫互助這一點(diǎn)的確十分具有誘惑力，但就拿大家熟悉的老樹哺育幼苗的例子來說，我們其實(shí)應(yīng)該意識(shí)到，這不過是年輕樹的一種寄生行為而已。

競(jìng)爭(zhēng)也是“林木互聯(lián)網(wǎng)”中不可或缺的一環(huán)。當(dāng)樺樹向它的杉樹鄰居捐贈(zèng)碳的時(shí)候，蘭花卻會(huì)從棲身的樹上偷取一些碳。

真菌控制

看過植物間的互動(dòng)后，我們來看看真菌。盡管植物與真菌之間的關(guān)系似乎是互利互惠的，但有的學(xué)者仍然對(duì)這段關(guān)系中誰才是老大的問題感到好奇?；鶢栒J(rèn)為，所有合作關(guān)系的基礎(chǔ)其實(shí)都是沖突的，因?yàn)槲覀兌枷Ｍ軓暮献麝P(guān)系中獲得最大的回報(bào)。植物和真菌也不例外，誰都想要從合作伙伴那里獲取所需的資源，同時(shí)盡可能地減少自己的付出。如今的許多研究都將真菌僅僅看作是菌根網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)通道，但有科學(xué)家認(rèn)為，或許真菌才是掌控兩者關(guān)系的關(guān)鍵。例如，一個(gè)菌根網(wǎng)絡(luò)會(huì)連接多種植物作為寄主，這樣的情況也許僅僅只是因?yàn)槎鄻踊闹参锘锇槟芙o真菌獲取碳帶來好處。由于植物自身是可以從土壤中吸收營(yíng)養(yǎng)的，而好些菌根網(wǎng)絡(luò)里的真菌卻只能完全依靠植物存活，因此，為了營(yíng)造一個(gè)有利于真菌的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，這些真菌往往會(huì)扼制網(wǎng)絡(luò)中的植物自主獲取資源，而讓植物只能依賴它們?nèi)ヌ峁?。?duì)此，基爾的解釋是：如果我切斷了你獲取食物的通路，你當(dāng)然只能依靠我才能吃飽啦！

目前，大多數(shù)的研究還僅限于確立從植物A到植物B的信號(hào)或資源傳導(dǎo)上。斯馬爾德教授認(rèn)為，菌根網(wǎng)絡(luò)極其復(fù)雜，其間的交流機(jī)制可能有成千上萬種。我們能監(jiān)測(cè)到某個(gè)信號(hào)從一個(gè)植株傳遞至另一個(gè)植株，這已經(jīng)是十分了不起的成績(jī)了。莫里斯博士則提出，或許菌根網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)傳遞是一個(gè)被動(dòng)的過程，化學(xué)物質(zhì)只是搭了水分傳輸?shù)捻橈L(fēng)車而已。說到底，菌根網(wǎng)絡(luò)間的傳遞機(jī)制對(duì)于現(xiàn)在的我們來說仍舊是未解之謎。

不過，斯馬爾德教授認(rèn)為：我們既然已經(jīng)知道這樣的物質(zhì)傳遞路徑是多么的復(fù)雜，那么就更不應(yīng)該把問題過于簡(jiǎn)單化，認(rèn)為只有一種機(jī)制在起作用，或是認(rèn)為真菌完全不參與其中。

菌根網(wǎng)絡(luò)社會(huì)

語言、超級(jí)個(gè)體、“林木互聯(lián)網(wǎng)”……所有這些關(guān)于菌根網(wǎng)絡(luò)的探討都不缺乏隱喻，但沒有哪個(gè)詞能真正捕捉到它那微妙的混雜著合作與競(jìng)爭(zhēng)的復(fù)雜性。也許斯馬爾德教授的比喻最為精當(dāng)：“越深入研究菌根網(wǎng)絡(luò)，就越覺得它像是對(duì)人類社會(huì)的一個(gè)巨大隱喻。你看，我們的社會(huì)里有記者，有科學(xué)家，有教師，有醫(yī)生，所有人一起，才構(gòu)成了社會(huì)。如果你把這一系統(tǒng)中的任何一員抽走，那么這個(gè)系統(tǒng)都將不再運(yùn)轉(zhuǎn)?！蓖瑯拥?，要讓一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要其中的每一個(gè)組件都準(zhǔn)確到位。

那么，這個(gè)菌根網(wǎng)絡(luò)社會(huì)是田園牧歌般的烏托邦——每個(gè)成員都平等地共享著資源？抑或是充斥著資本主義弱肉強(qiáng)食法則的世界——每個(gè)個(gè)體都想要利用關(guān)系去獲利？也許兩者都各有一點(diǎn)兒吧。就像人類社會(huì)一樣，植物的世界也是多姿多彩的，有幫助也有阻礙，有合作亦有自利。自然建立在無數(shù)的聯(lián)系之上，我們也是如此。

菌根網(wǎng)絡(luò)社會(huì)混雜著合作與競(jìng)爭(zhēng)。

聰明的植物

五種令人驚嘆的能力，幫助植物存活并繁榮壯大。

聆聽者

古典音樂當(dāng)然不會(huì)讓你的植物長(zhǎng)得更茁壯，但這并不意味著植物對(duì)環(huán)境中的聲音就無動(dòng)于衷。對(duì)擬南芥屬植物播放擬種毛蟲的錄音，就足以使它們的葉子充滿用于防御攻擊者的化學(xué)物質(zhì)。

肉食者

捕蠅草依靠觸覺便知道什么時(shí)候應(yīng)該抓住獵物，為了避免抓錯(cuò)，它們甚至還學(xué)會(huì)了計(jì)數(shù)。為了確保捕捉到一只活著的并蠕動(dòng)著的獵物，陷阱精確到只有在受到兩次敲擊之后才會(huì)關(guān)閉，關(guān)閉后還會(huì)等監(jiān)測(cè)到三次觸動(dòng)之后才開始消化獵物。

絞殺者

一種叫菟絲子的寄生植物通過氣味定位其獵物。當(dāng)一個(gè)番茄植物的氣味飄向這種藤蔓時(shí)，這些化學(xué)信號(hào)會(huì)促使這種植物的卷須向氣味的源頭蜿蜒生長(zhǎng)。這個(gè)吸血鬼一樣的卷須將纏繞其獵物，然后從其內(nèi)部吸取營(yíng)養(yǎng)。

蝙蝠愛好者

有一種婆羅洲豬籠草需要從蝙蝠的糞便中得到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而確保食物穩(wěn)定供應(yīng)的最好方法就是鼓勵(lì)蝙蝠棲息在里面。為了做到這一點(diǎn)，這種植物進(jìn)化出一反射罩，將蝙蝠的信號(hào)反彈回去，誘使他們前往并安頓下來。

光導(dǎo)植物

植物根部有光受體，但其功能直到最近才被揭示出來。最新的研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥植物的莖就像光纖電纜一樣，將陽光導(dǎo)入到根系中。并在那里觸發(fā)蛋白質(zhì)的合成，促進(jìn)植物健康生長(zhǎng)。