真菌王国

它有点像植物又有点像动物

它竟然会让一些动物变“僵尸”

它对我们的健康有好也有坏

它和我们息息相关却被忽略

它们“塑造”了我们今天的世界

它也许是地球未来的生命主宰

庞大而独特的生命圈

真菌是一个独特的生命王国,一个庞大而活跃的生命圈。大多数人听到“真菌”这个词就会想到蘑菇,但正如植物的果实或花朵只是植物的一部分,植物还包括枝叶和根系一样,蘑菇只是某些真菌的子实体(产生孢子的器官)。而且,以蘑菇的形式存在的真菌只是真菌众多生存方式中的一种,绝大多数真菌不需要蘑菇的形式就能释放孢子。

真菌的存在至少已有10亿年历史,它们吞噬岩石,制造土壤,消化污染物,滋养或杀死植物;它们能在太空中生存;它们可以被用来生产食物、制造药物;它们可以操纵动物行为,影响地球大气层的组成……它们无处不在,无所不能。

大多数人听到“真菌”这个词就会想到蘑菇,但蘑菇只是某些真菌的子实体(产生孢子的器官)。

真菌利用孢子自我传播的方式繁衍后代。地球上的真菌每年产生的孢子多达4500万吨,相当于50万头蓝鲸的质量。真菌孢子是空气中最大的活性粒子来源,科学家甚至在高空云层中也发现了真菌孢子。空中的真菌孢子可以通过形成水滴和冰晶影响天气。

真菌孢子的传播能力非凡。一些种类的真菌释放孢子时的爆发力极强,释放速度高达每小时100千米,是所有生物能达到的运动速度极限。但释放孢子并不是真菌扩大其影响范围的唯一途径。在大部分生命周期中,大多数真菌都以分枝和被称为“融合状细胞网络”的菌丝体形式存在(菌丝体是丝状真菌的营养体,大多为多细胞结构的丝状体)。动物进食方式是找到并吞噬食物,然后消化吸收,而真菌的进食方式刚好相反——真菌通过将菌丝体伸进食物源来进食。

真菌通过将菌丝体伸进食物源来进食。

当菌丝体穿过土壤、植物和动物身体(包括活体动物的身体和动物尸骸)时,水和营养物质便流经菌丝体网络,真菌通常就是以这种方式输送和吸收营养。菌丝体无处不在。在海洋深处的沉积物中,在垃圾堆中,甚至在博物馆里悬挂的旧油画中,都可以发现菌丝体的存在。如果将1克土壤中的菌丝体首尾相连,其长度可达100米~10千米。

有些真菌的菌丝网络小到可以粘贴在一粒灰尘上,有些菌丝网络则是巨无霸。目前已知最大的真菌菌絲网络在美国俄勒冈州,重达数百吨,延展距离达10千米。它还是世界上罕有的长寿物种,估计有2000~8000岁。可能还有许多更大、更古老的真菌菌丝网尚未被发现。一些真菌物种的菌丝体沿着菌丝(分枝丝)传导电活动波,就像动物神经细胞中的电脉冲一样。

真菌和细菌有什么不同?

多数真菌和细菌的个头差不多大,两者都是微生物,名字里都带个“菌”字,但真菌和细菌是完全不同的生物。现代分类学创始人一瑞典人林奈虽然对真菌的归属存在疑惑,但还是将真菌和细菌、藻类(原生生物)一起归类为植物。然而,真菌和植物有很大不同:真菌是异养生物,而植物是自养生物;真菌的细胞壁主要由几丁质(一种多糖,是构成螃蟹外壳的主要成分)构成,而植物细胞壁不含<em 几丁质。

真菌和细菌最大的不同之处是:真菌属于真核生物,不仅有细胞核,而且一般还有核糖体、内质网、溶酶体、液泡等细胞器或结构;细菌没有细胞核,虽然有核糖体,但没有像真核生物那样完整的细胞器。因此,真菌不但和细菌关系不大,并且真菌和动物(而非植物)的关系更近。

真菌与植物的共生关系

新陈代谢是一种化学转化过程,真菌称得上是新陈代谢的“奇才”和“怪才”,它们强大的新陈代谢能力只有细菌才能匹敌。真菌利用强效酶和酸的混合物,可以分解地球上一些最顽固、最难分解的物质。从木质素(木材中最坚硬的成分)到岩石、原油、聚氨酯塑料和黄色炸药,几乎没有真菌分解不了的东西。

几乎没有什么极端环境让真菌无法生存。例如,一种人们从采矿废料中分离出来的真菌是迄今为止发现的最能抗辐射的物种之一。切尔诺贝利核事故发生后的核反应堆废墟成为这种真菌的聚居地。有些真菌种类甚至有向着放射性“热点”粒子生长的趋向性,似乎能将辐射作为能量来源。

正是因为真菌有如此强大的分解能力,我们生存的地球上才没有看到堆积如山的动植物残骸,所以说真菌在维护地球环境的清洁方面功不可没。

生命进化中有许多不同有机体之间亲密合作或共生的故事,真菌是地球历史上最令人惊讶的共生行为的主要参与者。在大约5亿年前,植物因为开始与真菌合作,才能从水里爬上岸,在陆地上扎下根。数千万年前,真菌一直在充当植物根系的角色,直到植物进化出自己的根系。今天,超过90%的植物仍在依赖菌根真菌。菌根真菌从植物根部获取必需的碳水化合物等养分,但同时也向植物的根系提供植物生长所需的营养物质、酶类和水分,两者互利共生。菌根真菌在“资源共享”的植物根系网中将树木连接起来,被称为“树联网”。

直到今天,新的陆地生态系统都是由真菌创建的。火山岛形成或冰川退缩露出裸露的岩石时,地衣是最早出现的其生有机体,地衣表征着真菌与藻类或细菌之间的共生关系。有了这种共生关系,才渐渐有了之后其他植物得以生根发芽的土壤。在发展良好的生态系统中,如果没有真菌组织形成的紧密网络将土壤粘合在一起,土壤就会迅速被雨水冲走。

数千万年前,真菌一直在充当植物根系的角色。直到植物进化出自己的根系。图为向日葵的菌根。真菌是地球历史上最令人惊讶的共生行为的主要参与者菌根真菌在“资源共享”的植物根系网中将树木连接起来。

极端环境里的地衣

地衣是真菌与它的光合作用伙伴——藻类或细菌结合形成的共生有机体。通过形成地衣,真菌和藻类都能在极端环境中生存。

在一些最热、最干燥的沙漠里,竟然有许多地衣茁壮生长。地衣在极端环境中起着至关重要的生态作用:稳定沙漠表面的沙土层,减少沙尘暴的产生。在南极干旱的山谷里,几种地衣欣欣向荣。在南极洲这个与火星环境十分接近的极端环境中,强大的地衣生态系统获得了巨大成功,承受住了难以想象的极端条件——长期的寒冷气候、高强度的紫外线照射和几乎没有水的环境,似乎对它们都没有明显影响。即使被-195℃的液氮浸泡过的地衣,也能迅速恢复活力。生活在瑞典拉普兰的地衣,保持着生物界的最长寿纪录——9000多岁。

一些地衣在极端缺水条件下完全干透后,会进入一种生命暂停的“假死”状态,在这种状态下它们能够适应充满宇宙射线的太空环境,因此成为天体生物学研究中最受关注的生命形式。

真菌与动物的共生关系

动物也依赖于真菌。除人类之外,地球上最庞大最复杂的社会群体莫过于切叶蚁。最大的切叶蚁群由超过800万只个体组成,它们的地下巢穴直径超过30米。切叶蚁的生活与一种真菌息息相关。切叶蚁在既大又深的洞穴里培育真菌,用树叶碎片喂养真菌,并以这些真菌为食。

像大多数白蚁一样,非洲大白蚁一生中大部分时间都在觅食木头,但它们不能直接吃木头,而是需要培育一种叫作“白蚁菌丝”的真菌来分解木头。大白蚁将木头啃成木浆,然后在“真菌花园”里让真菌帮它们分解木浆,再以分解物为食。为让真菌“安家落户”,大白蚁会建造高达9米的高大蚁丘,其中一些蚁丘已有2000多年历史。非洲热带地区腐烂分解的林木很多都是大白蚁丘的食源。这些大白蚁群体和切叶蚁群体一样,属于很复杂的动物群体。

真菌与动物的共生关系并不总是对所有相关方都有利。被称为“僵尸真菌”的许多种真菌生活在昆虫体内,它们会改变宿主行为,以适应它们的自身需要。最近研究人员发现,一种“僵尸真菌”能产生一种迷幻成分——裸盖菇素(致幻蘑菇产生的一种活性成分),以便它们更好地“劫持”和“操纵”蝉的行为。有化石证据表明,致幻蘑菇这种“劫持”行为可追溯到4800万年前,而且该行为已进化了多次。

巨大的非洲大白蚁蚁丘里生活着一种能分解木材的真菌。

真菌给人类带来的灾害和贡献

人类社会与真菌的交集也不少。真菌引起的农作物疾病会导致巨大经济损失。稻瘟病每年毁掉的稻谷可养活6000多万人。真菌还会导致许多树木生病。从荷兰榆树病到栗树枯萎病,真菌一直在影响森林景观和地面景观。真菌病的影响在全世界范围内日益增加:不可持续的农业耕作方式,降低了植物与自己依赖的有益真菌形成有益关系的能力;抗真菌化学药品的广泛使用。导致新的有害超级真菌不断增多.威胁着人类和植物的健康。

稻瘟病每年毁掉的稻谷可养活6000多万人。从菌丝体中还可生长出建筑材料和纺织材料等,并在许多应用中取代塑料和皮革等材料。

同时,真菌对人类也有所助益。人类已经在研究如何利用真菌来解决一系列紧迫问题。2017年,研究人员重建了尼安德特人的饮食结构,发现竟然有患牙脓肿的尼安德特人会食用产生青霉素的一种霉菌——青霉菌。这意味着尼安德特人当时可能已对这种真菌的抗生素特性有所了解。1928年,英国科学家弗莱明发现青霉菌可产生一种杀菌的物质,青霉素由此成为最早的现代抗生素。

因为真菌,我们才有了免疫抑制药物——环孢霉素,器官移植才成为可能;有了真菌,才有了降低胆固醇的他汀类药物……从强大的抗病毒和抗癌化合物(包括从生活在紫杉树中的真菌中提取出来的药物紫杉醇等)到由酵母发酵得到的乙醇,再到来自迷幻蘑菇中活性成分的药物—裸盖菇素(它可以缓解严重抑郁症和焦虑症)、工业上使用的酶、疫苗和饮料中的柠檬酸,都有真菌的贡献。

真菌开发潜力巨大

真菌拥有尚待开发的巨大潜力。先进的科技可帮助我们利用真菌应对因环境持续破坏而产生的许多问题:真菌菌丝体产生的抗病毒化合物可以缓解蜂群衰竭失调问题;真菌的巨大吞噬能力可以被用來帮助分解污染物(比如石油泄漏产生的原油污染);菌丝体可以被用来过滤受污染的水体(比如清除水中的重金属并分解毒素);从菌丝体中还可生长出建筑材料和纺织材料等,并在许多应用中取代塑料和皮革等材料。瑞典的一家公司目前正致力于研发一项用真菌替代品取代聚苯乙烯包装的技术。

然而,虽然真菌对人类生活起着如此重要的作用,但与对动植物的关注相比,人们对真菌的关注要少得多。据估计,世界上有220万~380万种真菌,物种量是植物物种的6~10倍,但其中只有6%的真菌物种被描述过。对于真菌世界的多样性和复杂性,我们的了解才刚刚开始。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午8:38。
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