地下真菌网络：长度超千万亿公里，重塑我们对地球生态的认知

背景

长期以来，尽管土壤中的真菌网络在维持植物生命和调节全球气候方面扮演着至关重要的角色，但科学界对其在全球自然生态系统中的分布和密度知之甚少。这种认知的缺失阻碍了我们对地球生物地球化学循环的完整理解。

为了解决这一问题，2021年，由全球科学家和研究者组成的网络成立了“地下网络保护协会”（Society for the Protection of Underground Networks，简称 Spun）。该组织旨在推动对地下真菌生态系统的研究、保护及政策倡导。如今，Spun 团队在《科学》（Science）杂志上发表了一项突破性研究，利用机器学习模型和全球数据，首次绘制了丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi）网络的全球地图。

核心内容

这项研究揭示了地球土壤中存在一个庞大且复杂的地下真菌网络。这些真菌被称为丛枝菌根真菌，它们由称为菌丝（hyphae）的管状细胞网络组成。这一共生关系已存在约 4.75 亿年，通过与超过 70% 的植物形成关键伙伴关系来维持地球生命。作为交换，真菌为植物提供养分和水分，而植物则提供碳源；同时，真菌通过将碳吸入土壤来帮助调节气候。

研究团队利用来自全球 16,000 多个土壤样本的数据，结合机器学习模型，生成了历史上第一张丛枝菌根真菌网络的全球分布图。研究结果令人震惊：如果将这些真菌网络首尾相连，其总长度将达到 110 千万亿公里（110 quadrillion km）。这一距离相当于地球到太阳距离的 7.5 亿倍。

研究主要作者 Justin Stewart 博士指出：“在一茶匙土壤中，可能含有多达 10 米（32 英尺）的菌根网络。”

然而，研究也揭示了这一生命基础设施面临的严峻威胁。数据显示，农田中的真菌网络密度平均比野生生态系统低 47.3%。Stewart 博士解释称，许多大规模农业实践损害了真菌网络，最明显的方式是通过耕作（tilling）直接撕裂土壤结构。此外，化肥或杀菌剂的使用也会“破坏植物与真菌之间的共生关系”。

在地理分布上，研究人员发现草原拥有最密集的菌丝系统。包括佛罗里达州的 Everglades、南苏丹的 Sudd 泛滥草原以及全球各地的草原和苔原生态系统，均被发现有“异常高”的密度。但研究强调，这些地区往往缺乏有效的保护，且退化趋势日益严重。

研究共同作者 Toby Kiers 博士警告说，真菌网络的消失后果广泛。密度较低的真菌网络会降低土壤储存碳和分配养分的能力，同时也削弱了水体免受氮、磷和其他化学物质污染的保护屏障。“如果它们消失，将有更多的化学物质流入水道，”Kiers 博士说道。

关键要点

• 前所未有的规模：地球土壤中的丛枝菌根真菌网络总长度约为 110 千万亿公里，是地日距离的 7.5 亿倍。
• 极高的局部密度：在一茶匙土壤中，可能包含长达 10 米的菌根网络。
• 农业活动的负面影响：农田中的真菌网络密度平均比野生生态系统低 47.3%。耕作、化肥和杀菌剂是主要破坏因素，它们破坏了植物与真菌的共生关系。
• 生态服务功能：真菌网络不仅帮助植物获取养分，还通过固碳调节气候，并保护水体免受氮、磷等化学物质的污染。
• 分布不均与保护缺失：草原生态系统拥有最密集的真菌网络，但包括 Everglades 和南苏丹 Sudd 在内的关键区域往往缺乏保护且正在退化。
• 政策与行动呼吁：研究团队计划在下个月于蒙古举行的荒漠化 COP 会议上向政府展示数据，旨在帮助决策者识别真菌系统 thriving（繁荣）和 threatened（受威胁）的区域。
• 未来合作方向：研究者呼吁农民与真菌建立更紧密的合作关系，通过保护土壤真菌减少化肥使用，利用真菌自然输送养分并增强碳封存能力。

意义与影响

这项研究不仅填补了全球真菌网络分布数据的空白，更为应对气候变化和粮食安全提供了新的视角。

首先，它确立了衡量微生物群落健康的基准。正如 Kiers 博士所言，目前有一股强大的运动致力于恢复地下的真菌社区，而这项数据集让我们能够明确什么是“健康的微生物群落”应有的样子。

其次，研究揭示了农业转型的潜力。当前作物产量很大程度上依赖于大量化肥的使用，这是一种人为的、不可持续的 boost。如果农民被鼓励保护和支持土壤真菌，植物可以更自然地获取养分，从而减少对化肥的依赖。同时，真菌有助于将更多碳转移到深层土壤中，提高碳储存效率，直接助力气候目标。

最后，该研究强调了跨学科合作的重要性。生物学家 Merlin Sheldrake 博士指出，这项研究帮助我们要找到“更好地与真菌合作的方法”，以应对从粮食安全到气候变化等一系列正在展开的时代挑战。通过将地下生态系统的价值量化并可视化，该研究为政策制定者、科学家和农民提供了关键的决策依据，推动从“仅关注地上可见生物”向“地上地下生态系统整体恢复”的转变。