就在我們腳下，藏著總長近10億倍日地距離的網絡

在植物根系周圍，菌根真菌會延伸出細密的地下網絡。它們維持植物生命，也通過將碳帶入土壤，參與調節地球氣候。

菌根真菌網絡由大量細長的菌絲構成。這些菌絲比人的頭發細10到50倍。營養物質和碳可以沿著這些菌絲移動。菌絲向土壤中延伸后，可以大大擴大植物根系尋找水分和養分的范圍，最多可擴大100倍。然而，由于這些網絡存在于地下，難以被直接觀察，因此它們在全球尺度上的規模仍然未知。

現在，在一項新發表于《科學》雜志的研究中，一個國際研究團隊首次制作了全球地圖，用于估算地球上叢枝菌根真菌網絡的分布和質量。此外，研究團隊還同時發布了一套互動可視化工具，有助于展示這一地下真菌基礎設施的規模。

被忽視的地下共生系統

叢枝菌根真菌，也稱AM真菌，與地球上約70%的陸生植物物種形成共生交換關系。AM真菌為植物提供營養物質和水，作為交換，它們會從植物那里獲得碳。

研究估計，正是因為這種植物和真菌之間長期存在的互惠關系，每年有相當于約40億噸二氧化碳的碳被帶入地下土壤系統。在過去的4.5億年里，這種共生關系深刻影響了陸地生命的演化和生態系統的形成。

去年，研究人員在《自然》上發表了關于地下菌根真菌群落多樣性格局的全球分析，并推出了一個名為“地下圖譜”的數字工具，幫助決策者定位預測出的地下生物多樣性熱點。但直到現在，還沒有人嘗試過預測并可視化AM真菌網絡的物理密度和全球分布。

測量看不見的地下網絡

在新的研究中，為了分析AM真菌網絡的密度，研究人員匯集了來自全球各地超過16000個土芯樣本的數據。這些樣本由數百名科學家從4000多個地點采集，涵蓋森林、苔原、沙漠、農田等多種生態系統類型。

與此同時，研究團隊還與研究機構AMOLF的“行為物理學”小組合作，利用機器人對實驗室中培養的30多萬條活體AM真菌菌絲進行成像，從而校準模型。這些菌絲涵蓋三種常見真菌的五個菌株。

真菌菌絲體的網絡結構。不同菌株和物種的菌絲體結構存在差異。（圖/Corentin Bisot - VU Amsterdam, AMOLF Justin Stewart - SPUN）

隨后，他們將這些信息與土壤化學、氣候和植被數據結合起來，并利用機器學習模型來預測尚未采樣生態系統中的網絡密度。

110千萬億千米

研究結果表明，AM真菌網絡的總長度將達到驚人的110千萬億千米——這個長度幾乎相當于地球到太陽距離的10億倍，碳質量約為3億噸，是所有現存人類生物量的4到6倍。

那么，AM真菌網絡最密集的地方在哪里？

研究人員將這些規模驚人的地下真菌網絡繪制到全球地圖上，預測了所有有植被大陸上每平方公里土地可能具有的菌絲密度。其中也包括科學家尚未實際采樣的地區。

AM真菌菌絲密度全球分布圖。（圖/Truth & Beauty / Moritz Stefaner Justin Stewart - SPUN）

對于采樣不足的地區，相關預測具有更高的不確定性。但即便如此，研究中呈現出的總體模式仍然十分清晰。

平均來看，AM真菌密度最高的地方出現在野生草原中，其密度比熱帶闊葉林高出三分之一以上。具體來說，如青藏高原的草地、美國堪薩斯州的弗林特丘陵草原、佛羅里達大沼澤地，以及南蘇丹的蘇德濕地等草原生態系統，含有全球約40%的AM真菌生物量。

另外，也有證據表明，人類正在改變這一地下景觀：數據顯示，農田中的菌根密度大約只有野生生態系統的一半。雖然這項研究并未將特定農業實踐與菌根健康狀況直接聯系起來，但研究人員擔心，較低的真菌密度會削弱土壤韌性，并降低土壤循環營養物質和儲存碳的能力。

讓地下網絡進入視野

菌根真菌已經塑造地球生命數億年，但對于這些活體運輸系統的基礎設施如何分布在整個地球上，我們仍然了解得太少。

這項研究令人振奮，它讓我們朝著理解這一循環系統是如何運作的邁出了重要一步，也提示我們可以如何更好地與真菌合作，應對當下正在面臨的諸多挑戰。

下一步，是將這些數據交到決策者手中，推動保護和氣候議程將真菌網絡納入考慮范圍。目前，相關數據已可供下載。研究人員希望，這些數據將有助于科學家和決策者開始判斷：哪些重要的真菌系統正在繁盛發展，哪些可能需要保護或恢復，哪些地區則明顯還需要更多采樣。

#參考來源：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu4373

https://www.spun.earth/mapping/a-hidden-infrastructure

https://sheffield.ac.uk/news/first-global-map-reveals-underground-fungi-networks-long-enough-reach-sun-billion-times

https://www.eurekalert.org/news-releases/1131131

#圖片來源：

封面圖&首圖：Truth & Beauty / Moritz Stefaner Justin Stewart - SPUN