藏在腳下的“超級(jí)互聯(lián)網(wǎng)”，長(zhǎng)度是地球到太陽(yáng)距離的十億倍

地球上的以太網(wǎng)網(wǎng)線，總長(zhǎng)度在千萬(wàn)到一兩億公里級(jí)；人類(lèi)埋設(shè)的光纖，單根總長(zhǎng)超過(guò)50 億公里。但即便如此，它和我們今天要說(shuō)的“超級(jí)互聯(lián)網(wǎng)”相比，仍然不足一提。

在我們的腳下，靜靜躺著一張古老、長(zhǎng)期被大家忽略的巨網(wǎng)。它緊密連接著植物與土壤，深度參與水分和養(yǎng)分輸送，并在陸地碳循環(huán)中發(fā)揮重要作用。它，就是菌根真菌網(wǎng)絡(luò)。

2026 年6 月，《科學(xué)》雜志發(fā)表一項(xiàng)最新研究，首次為這張地下巨網(wǎng)繪出了全球密度及生物量地圖。數(shù)據(jù)顯示：僅在全球 15 厘米深的淺層表土中，活體菌絲長(zhǎng)度即達(dá)約 11億億公里——相當(dāng)于地球到太陽(yáng)距離的十億倍，全球光纖總長(zhǎng)的 2200 萬(wàn)倍。

而由它得出的系列信息，為我們測(cè)算全球土壤碳匯潛力，以及評(píng)估農(nóng)業(yè)活動(dòng)帶來(lái)的生態(tài)威脅，提供了重要參考。

全球叢枝菌根真菌密度分布圖。

奇妙的微生物地下王國(guó)

地下為什么會(huì)存在如此龐大的一張網(wǎng)絡(luò)？要回答這個(gè)問(wèn)題，我們得先認(rèn)識(shí)一群特殊的“地下工作者”：叢枝菌根真菌。

它是真菌的一種。日常我們所見(jiàn)真菌，多是蘑菇、木耳和霉菌等。它們區(qū)別于植物，沒(méi)有光合作用能力，細(xì)胞結(jié)構(gòu)也差異很大，因此生物學(xué)上將其單列一界。在生態(tài)系統(tǒng)中，真菌充當(dāng)清道夫和共生伙伴的角色。

它們能分解有機(jī)物，推動(dòng)物質(zhì)循環(huán)。比如，將枯枝落葉、動(dòng)物殘骸等復(fù)雜有機(jī)物，分解成簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物，令其回歸土壤，重新被植物利用。

還能與植物共生互利。許多真菌與植物根系形成“菌根”，幫助植物吸收水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（尤其是磷、氮），同時(shí)從植物獲取養(yǎng)分。這對(duì)植物繁榮至關(guān)重要。

叢枝菌根真菌，就是后者中分布最廣的類(lèi)型，也是土壤中起源最古老的植物共生真菌類(lèi)群之一。早在約 4.5 億年前，植物登陸大潮中，它就幫助當(dāng)時(shí)根系尚不發(fā)達(dá)的原始植物，從水生環(huán)境轉(zhuǎn)向陸地。

到現(xiàn)在，它們與超過(guò)70% 的高等植物形成共生關(guān)系，依靠植物光合作用制造的糖類(lèi)和脂類(lèi)生活；同時(shí)作為回報(bào)，它們將細(xì)長(zhǎng)菌絲探入植物根系夠不到的土壤空間，幫助其搜尋水分養(yǎng)料。

據(jù)估計(jì)，它們最高能把植物根部的覓食面積擴(kuò)大百倍。在某些條件下，叢枝菌根真菌甚至能包攬植物所需磷的 80% 和氮的 20%。

叢枝菌根真菌，極大拓展了植物根系的吸收面積。

之前，雖然深知其重要性，但科學(xué)家們對(duì)于這套菌絲網(wǎng)絡(luò)的真正規(guī)模、全球分布及變化趨勢(shì)，卻長(zhǎng)期缺乏全面認(rèn)知。

新的全球菌根真菌地圖

在新研究中，包括荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)在內(nèi)的多國(guó)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，匯總了全球 322 項(xiàng)研究中超過(guò) 16000個(gè)土壤樣本數(shù)據(jù)。他們將氣候、土壤化學(xué)、植被類(lèi)型等海量信息，輸入機(jī)器學(xué)習(xí)模型，借此預(yù)測(cè)出全球不同地區(qū)土壤中的真菌菌絲密度。最終成功拼湊出第一張全球地下菌絲網(wǎng)絡(luò)密度圖。

此外，借助機(jī)器人顯微成像技術(shù)，他們還對(duì)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的 3 種菌根真菌、5 個(gè)菌株進(jìn)行了超過(guò) 30萬(wàn)次菌絲橫截面或?qū)挾葴y(cè)量，用于計(jì)算平均菌絲半徑。結(jié)合密度地圖，最后推算得出，全球表層 15 厘米土壤中，活體叢枝菌根真菌的生物量，以碳計(jì)算大約為 3億噸，約為人類(lèi)總生物量碳的 4 到 6 倍。

這個(gè)龐大數(shù)字，體現(xiàn)了土壤中真菌網(wǎng)絡(luò)舉足輕重的地位，它們是地球碳循環(huán)的重要一環(huán)，儲(chǔ)存和吸收了相當(dāng)規(guī)模的碳。

更有意思的是，研究還發(fā)現(xiàn)，菌根真菌網(wǎng)絡(luò)最密集的地方，并非很多人以為的熱帶雨林，而是草原生態(tài)系統(tǒng)：它們承載了全球約 40%的叢枝菌根真菌菌絲生物量。像美國(guó)佛羅里達(dá)大沼澤、南蘇丹蘇德濕地，以及我國(guó)青藏高原的草原區(qū)域，都顯示出極高的菌絲密度，是地圖上的熱點(diǎn)區(qū)。

草原生態(tài)系統(tǒng)是菌根真菌分布熱區(qū)。

與之形成鮮明對(duì)比的是，人們賴(lài)以生存的農(nóng)田區(qū)域，其土壤中的菌絲密度，比非農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)平均低了約 47%。高強(qiáng)度耕作、大量磷肥和氮肥輸入、殺菌劑使用，以及植物多樣性下降，都可能影響植物和真菌的合作關(guān)系，讓地下菌絲網(wǎng)絡(luò)變得稀疏和脆弱。這將導(dǎo)致包括土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分循環(huán)、抗旱能力和碳儲(chǔ)存潛力在內(nèi)的一整套地下生態(tài)功能的削弱。

所以，這張地圖反映的，遠(yuǎn)不止“地下有張巨網(wǎng)”這么簡(jiǎn)單。它更像在提醒我們，生態(tài)保護(hù)的視線，決不能僅停留在地表。深埋在草原、濕地、農(nóng)田下的土壤、根系和真菌，同樣是維系生態(tài)健康的重要基石，應(yīng)該被放進(jìn)同一張圖景中，作為整體去理解和規(guī)劃。

在那些未被探索的區(qū)域里，真菌與糧食安全、氣候變化等全球挑戰(zhàn)的關(guān)系，還等著人們進(jìn)一步去觀察了解。

策劃制作

作者丨李旭 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)副教授

審核丨崔穎璐 中國(guó)科學(xué)院微生物研究所副研究員

策劃丨高佩雯 江帆