植物间社交网络的秘密

曹兵/编译

植物间社交网络的秘密

曹兵/编译

最近的科学发现使人们对于植物之间的物质交换、分享甚至友谊的认识和理解提升到一个新高度

●在伦敦的艾坪森林，一位名叫梅林的科学家正在偷听地底下树木之间的窃窃私语。

艾坪森林是一处受到严格管制的地域。这片区域最初于12世纪由亨利二世发布敕令，成为皇家狩猎场。如果发现平民在这里偷猎，则会受到严重的刑罚。从1878年起，这个地方则转为由伦敦市社团管理，它根据48条社团法规规范这片森林内的行为举止。今天，这片森林的范围则被完全限定在M25号公路内。M25号公路是环绕大伦敦区域的环形公路。森林内有小型道路穿过，整个区域的宽度很少超过4千米。森林内有一百多个湖泊和池塘，其中有几个是1944年伦敦遭到V1炸弹轰炸时留下的爆炸坑。然而，艾坪森林的神奇故事依旧在上演。艾坪森林目前占据着将近6 000英亩的面积，区域内有各种树木、荒地、草地和溪流，当地平民的牲畜可以在这里自由享用草地上的牧草，而蝰蛇则在林中空地享受着日光浴。尽管在各种用途间不断切换——从高尔夫球场到山地自行车道——艾坪森林依然维持着其魔幻氛围。

今年初夏，我在那里度过了两天，徜徉于森林之中，和一位年轻的植物学家梅林·夏尔德雷克（Merlin Sheldrake）进行了畅谈。夏尔德雷克是一位研究菌根真菌的专家。他的研究成果将改变我们对森林的认知。几个世纪以来，人们一直认为真菌对植物有害，它们寄居在植物体内，引发疾病和功能障碍。然而最近的研究使我们认识到某些种类的普通真菌和植物存在着微妙的共生关系，不会带来疾病的传染，而会带来各种奇妙的关联。这些真菌会产生像蜘蛛丝一样粗细的真菌管，称之为菌丝，这些菌丝可以在土壤中穿梭，在分子级别和植物根部尖端相互交联。植物的根和真菌相互结合，形成了所谓的菌根（mycorrhiza）：这是一个复合词，由意为真菌的mykós和意为根部的riza的两个希腊词根组成。由此，植物个体在地下经菌丝网络相互连接在一起，这是一系列纷繁复杂的协作结构，我们称之为树林万维网。

这些菌根真菌和植物相互联接的关系，已经存在了很久（大约4亿5千万年）是一种共生关系——两者都能从这种互联中获取利益。从菌根真菌来说，它可以从树木汲取营养，获得树木在光合作用中制造的复合碳元素的糖类；而从植物来说，通过自身不能合成的酶，可以得到真菌从土壤中获取的诸如磷和氮的营养元素。

但是，树林万维网的意义远远超过了基本的物质交换。真菌网络也可以让植物在不同个体之间分配资源——糖、氮、磷。一株死亡的树木可以将自己的资源输送给整个社区，或者处于大树树荫下的小树苗可以由此从其强壮的邻居那里获得额外的资源。更令人惊讶的是，网络可以让植物向彼此发送警告信息。一株受到蚜虫攻击的植物可以在蚜虫到达周围植株前提示其加强防卫。之前，科学家们已经了解到植物可以在地上通过空气传播的激素进行信息交换。但是，从来源和接受者来看，地下的这种菌根网络要更加精确。

发现树林万维网的存在，并不断揭示它所起到的作用，可以使我们了解物种的起源和消亡，把森林作为单一的超级生物体来看待，而不仅仅是一组独立的个体群落，使我们更深入地认知植物之间的物质交换、分享甚至是它们的友谊。“如果我想简单明了地向别人解释我正在从事的研究工作，我只需告诉别人我正在研究植物的社交网络就行了。”夏尔德雷克告诉我。

夏尔德雷克今年28岁，个子高挑、满头卷发。我们见面的时候，他围着一条蓝色涡纹花呢制成的围巾，穿着无领羊毛夹克，背着卡其色帆布背包，背包上面钉着亮光黄铜扣。他看起来像是一位维多利亚时代走来的植物猎人，随时准备好了进入丛林中探险。除了进行科学专业研究，夏尔德雷克还在一个名叫“温柔秘密”的乐队中演奏手风琴，乐队的其中一首单曲名字为《蘑菇30 000》，属于迷幻史诗风格，而乐队的整体风格则汇合了各种音乐元素——东欧犹太民乐、嘻哈、电音以及滑稽模仿。一听迷离，再听痴迷。

作为本科生在剑桥大学学习自然科学时，夏尔德雷克读到了一篇植物学家E·I·纽曼撰写的论文《植物之间的菌根联系：它们的功用及其生态意义》。在这篇论文里，纽曼大胆地提出了联系植物的菌丝网络的存在。“如果这种现象广泛存在，”纽曼写道，“那么，它将对生态系统的运行发挥着深远的影响。”

这些新奇的论点深深地吸引着夏尔德雷克。他一直对真菌充满了好奇心。在他看来，它们拥有超能力。他知道这些物种可以把岩石变为碎石，在地上和地下快速穿梭，在水平方向进行繁殖，通过向体外排泄酶消化食物。他已经知道它们的毒素可以杀死人类，它们可以合成精神致幻类的化学物质，使人进入迷幻状态。在阅读了纽曼的论文以后，他认识到真菌还可以让植物在彼此之间进行沟通交流。

“所有这些树木在其根部都生长着菌根真菌，”夏尔德雷克说，一边指了指我们身边屹立着的山毛榉和鹅耳枥，“你可以想象真菌本身在地下形成巨大的网络，微小的管路在各个维向伸展，形成树木的假体——继续延展的根部体系，向外延展渗透入更深的土壤层中，获取营养物质，然后输送回至树木体内；而植物的绿叶则固定碳元素，合成碳水化合物，输送至根部，然后进入真菌体内。所有这一切正在我们脚下悄然发生。”

接着我们来到一片开阔地中央，数百株亮绿色的山毛榉树苗正在茁壮成长，每棵植株大概有几厘米高，充分享受着阳光的沐浴。夏尔德雷克跪下来，清理掉落叶，露出一片盘子大的地方。他捏起一把碎土，用手指搓了搓：富饶的黑色腐殖质。“很难用实验的方法来分析土壤，菌丝太微小无法用肉眼辨别，”他说，“你可以把根视系统埋入地下，观察其根部的生长，但是你却无法观测到真菌的生长。当然你可以对地面以下进行激光扫描，但是这对真菌网络来说还是太粗浅了。”

闪闪发光的棕黄色蜘蛛和黄铜甲虫正在叶子上争斗。菌丝将会在腐烂的叶子、原木和树枝上分解物质以获取食物，逐渐成长，然后你就可以看到菌根真菌形成群落，夏尔德雷克说，一边指着林中空地。除了渗透进入树木根部，菌丝同时还互相渗透——菌根真菌无法从细胞层次互相分离。这种互相渗透可以允许基因物质在水平方向传播，真菌通过无性繁殖就可以传宗接代。夏尔布雷克解释道。我试着想象土壤为透明的，这样我的脑海中就浮现出真菌所组成的地下立体交通网络，这些真菌像线一样悬垂在树根上，就像我们这个城市地下的网络和光纤一样。我曾经听到过作家琪娜·米尔维尔（China Mieville）使用一个特别的习语来描述真菌世界：灰色王国。这个词体现了真菌世界的另一面：它对我们平时所认识的时间、空间、维度和物种概念提出了新的挑战。“你看着这些网络，”夏尔布雷克说，“然后它也在回头看着你。”

在漫步了2小时后，我们到了森林的边缘，穿过M25号公路，翻过铁丝护栏，到了一处看起来像是私人领地的空地上休息。我们倒不是迷路了，但是我们确实需要知道这片森林的范围到底有多大。我在手机上查看了艾坪森林的混合地图。一个蓝点在我们所处的位置闪动。绿色向东南方向继续蔓延，那里就是我们前进的方向，穿过繁忙的公路，进入森林深处，直至几乎听不到车辆的轰鸣声。

当夏尔德雷克于2011年开始进行博士研究时，剑桥大学没有一位导师涉足生物共生或者菌根真菌领域，所以他联系了其他研究机构的研究人员，他们来自瑞典、德国、巴拿马和英格兰。夏尔德雷克和这些专家建立起了一个研究菌根真菌的专家网络。在博士研究的第二年，夏尔德雷克来到中美洲进行实地考察。他进入巴罗科罗拉多岛，这个岛屿位于巴拿马运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·基尔斯·李（Egbert Giles Lee,Jr）的美国进化生物学家所带领的科学家团队。

菌根真菌和植物互相联结的关系自远古时代就存在了，大约已经有4亿5千万年了

从方法学上来说，在岛上所进行的某些科学研究充满了危险。例如，夏尔德雷克把一位美国年轻科学家所进行的研究称为“醉酒猴子假说”，这项研究尝试收集猴子大量食用经过发酵的果实后排泄的尿液，以便评估这些尿液的毒素水平。夏尔德雷克在研究过程也面临着自己的困扰和沮丧。他早期的工作就是把孢子样品带回实验室进行筛选分析。每天面对的都是腐烂、蒸煮、固化和防腐，这样的工作日积月累，不免逐渐开始让人心灰意冷。他一直期望着能够和所研究的真菌可以有更加直接的接触。一天下午，他正在显微镜下观察菌根真菌的孢子，他突然意识到它们看起来非常像鱼籽酱。在经过几个小时的清洗和筛分后，他已经有一堆“鱼籽酱”了，他用镊子把它们放在一小片饼干上，然后吃掉了这块饼干。“孢子对人体真的很好，它们含有大量脂质。”他说。有时候他也会把这些孢子切成细丝，然后用鼻子吸入。

在岛上进行研究的第二季，夏尔德雷克开始对那些依靠真菌获得营养的植物产生了浓厚的兴趣，它们通常被简称为真菌寄生植物。真菌寄生植物是一类缺少叶绿素的物种，无法进行光合作用，因此完全依赖于真菌网络为其提供碳元素。这些非绿色植物潜入真菌网络，从中汲取各种养分，却不用付出任何回报，至少目前看起来是这样的。夏尔德雷克说：“它们不遵守通常的共生原则，但是我们也无法证明它们就是寄生生物。”夏尔德雷克特别关注真菌寄生种群中一种名叫瓦龙胆（voyria）的植物，它们的花朵像浅紫色的星星一样开满了巴罗科罗拉多岛的丛林。

人们对树林万维网的核心争论在于该如何描述各种物种之间进行的交易。大家提出了两种针锋相对的观点：共享森林——树木充当护理者，互相照顾，富裕的物种支持有需要的弱者；竞争森林——在一个充满竞争的系统中，所有主体以自己的利益出发作出决定。夏尔德雷克喜欢瓦龙胆的原因之一是（他解释道）因为它们还无法被人类充分认识，仍然处于十分神秘的状态：“它们就是树林万维网的黑客。”

作为最好的植物学家，岛上的当地居民作为助手和夏尔德雷克一起进行考察活动，对当地的土壤进行详尽的统计，对数百种从绿色植物及瓦龙胆获取的根部样品进行DNA测序。这样就可以使我们了解与植物相连接的真菌是什么种类，从而史无前例地绘制出丛林中最清晰的社交网络地图。夏尔德雷克掏出他的手机，在屏幕上向我展示了所绘制的地图图像。图像中所展示的各种物种之间的微妙关系让我想起了曾经试图描绘全球因特网的努力：纵横交错的各色线条，如同烟花一般错综复杂。

我们停下来休息，来到一片古老松树包围起来的高地上，找到一块干燥的地方，开始享用随身携带的食物。夏尔德雷克带了两个芒果和一个菠菜馅饼。他喝着啤酒，而我带了饮用水。在我们脚下，松树根蜿蜒曲折，在我们四周爬行。他向我讲述他在自家厨房台面上建造的家庭实验室，在自家花园架子上运行的小型酿酒厂。他使用蜂蜜酿造蜂蜜酒，使用三一学院内牛顿的苹果树上的果实酿造苹果酒，命名为重力；使用唐恩宅里达尔文花园中的苹果酿造苹果酒，命名为进化。

当天晚些时候，我们来到湖边，已经结块发硬的烂泥凝固在浅水岸边。鲤鱼冒出水面呼吸新鲜空气。水鸡在水边踱步，不时发出几声鸣叫。湖面偶尔出现几个巨大的气泡。夏尔德雷克和我坐在湖边，凝视着远方的落日。他告诉我，在发表了几篇关于菌根真菌的专业论文之外，他还计划出版准备这些论文背后所发生的各种千奇百怪的故事——现场考察时出现的幸运事件，使人灵光闪现的机缘巧合以及长期在外的困惑无聊和偶然相遇。两位经过的遛狗游客打断了我们的对话。一位满怀期待的问我们：“你们知道游客中心在哪里吗？”另一位说道：“我们迷路了。”“抱歉，我们也迷路了。”我开心的告诉他们。四个人做着最有把握的猜测，结果发现我们手头的信息十分有限。他们失望地离开了。

[资料来源：The New Yorker][责任编辑：遥醒]

本文作者罗伯特·麦克法兰（Robert Macfarlane），英国剑桥大学伊曼纽尔学院研究员。