“木联网”来了！

一种叫做德莫奇贝的真菌构成了连接加利福尼亚森林的地下木材网络的一部分。资料来源:KABIR GABRIEL PEAY

无论是高耸的桃花心木还是细长的山茱萸，只要是树木，一旦离开了它们的微生物“队友”，将是不可持续的。数以百万计的真菌和细菌在土壤和根部之间交换养分，在整个森林中编织出一个广泛的生物网络。最近，科学家们通过分析覆盖70多个国家的28，000棵树的数据库，首次绘制了一幅全球范围的“木材网络”地图。

"我以前从未见过有人做这样的事。"加州大学欧文分校的生态学家凯瑟琳·特雷斯德尔说，“我希望我以前也想过这个问题。”

要绘制森林地下网络系统的地图，必须事先知道一些更基本的东西:树木究竟生活在哪里。自2012年以来，瑞士苏黎士联邦理工学院的生态学家托马斯·克罗泽一直在收集大量相关数据。这些数据有些来自*机构，有些来自世界各地识别树木和测量参数的科学家个人。2015年，克罗泽绘制了全球树木分布图，并报告说地球上大约有3万亿棵树。

受这篇论文的启发，斯坦福大学生物学家卡比尔·皮伊写信给克罗泽，建议他将同样的工作细分到森林树木的地下生物网络研究领域。克罗泽数据库中的每棵树都与某种微生物密切相关。

例如，橡树和松树的根被外生菌根包围，外生菌根可以在寻找养分的过程中建立一个巨大的地下网络。相比之下，枫树和雪松更喜欢丛枝菌根真菌，它们直接隐藏在树木的根细胞中，形成较小的土壤网络。其他树木，主要是豆科植物，与将大气中的氮转化为有用的植物食物的细菌有关。这个过程被称为“固氮”。

研究人员在克罗泽的数据库中创建了一个计算机算法，用于搜索与外生菌根、丛枝菌根和固氮菌相关的树木与当地环境因素(如温度、降水、土壤化学、地形等)之间的相关性。研究人员可以利用这种相关性来填充全球木质网络图，并预测哪些真菌更有可能存在于亚洲和非洲大多数以前数据匮乏的地区。

当地的气候为“木制网络”搭建了舞台。该研究小组在《自然》杂志上报道说，在凉爽的温带森林和寒冷的森林中，木材和有机物质降解缓慢，形成网络的外生菌根占据主导地位。研究人员发现，这些地区大约有4/5的树木与真菌有关。结果表明，在当地研究中发现的网络确实已经渗透到北美、欧洲和亚洲的土壤中。

相比之下，在温暖的热带地区，木材和有机物降解迅速，丛枝菌根占主导地位。这种真菌只形成一个小网络，很少在树之间纠缠和交换。这意味着热带“木材网络”可能更加本地化。这些地区约90%的树木与丛枝菌根有关，并且大多数集中在生物多样性高的热带地区。固氮细菌在炎热干燥的地方更为丰富，例如美国西南部的沙漠。

查理·科文是劳伦斯·伯克利国家实验室的地球系统科学家。他高度赞扬了他称之为第一张全球森林微生物地图的研究成果。然而，他也很好奇这篇文章的作者是否忽略了塑造地下世界的一些重要因素，包括一些难以衡量的过程。例如，土壤中养分和气体的流失可能会影响不同微生物的生存位置他说，“如果是这样的话，这项研究的预测可能就不那么准确了。”

尽管存在许多不确定性，这些与树木相关的微生物栖息地数据仍然有用。特雷斯德尔说，这些发现可以帮助研究人员建立更好的计算机模型，预测在气候变暖过程中，围绕森林移动并释放到大气中的碳元素的比例。

克罗泽做出了相关的预测。结果表明，在全球变暖过程中，约10%的外生菌根相关树木可能被丛枝菌根相关树木所替代。在以丛枝菌根为主的森林中，微生物以更快的速度“搅动”含碳有机物，从而释放出更快锁住热量的二氧化碳。已经令人担忧的气候变化速度很可能会进一步加快。

对特雷斯德尔来说，这个提议“有点站不住脚，但我愿意被说服。”她补充道。今天，科学家仍在探索更多关于不同土壤真菌如何与碳相互作用的线索。

(程)

《中国科学日报》(2019-05-23第三版国际版)