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表面是安静的大蘑菇,本体却在地下蛇行

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鲜花(5) 鸡蛋(1)
发表于 2021-3-15 22:46:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
防螨虫,就有金雕防虫灵
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  当说起真菌时,你会想到什么?是一堆胖乎乎的棕色蘑菇,还是一些个头大大的、戴着红色帽子的蘑菇……当脑海中出现这样的画面时,你想到的其实是真菌的生殖器——通常美味、外形独特的部分。
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  野生蘑菇。 图片来源:TomaszProszek & 557453 / Pixabay

  真菌是一种迷人的生物,它们既不是植物也不是动物,拥有自己独特的生物王国。据估计,这个王国大约由200万到600万种物种组成。尽管看起来它们与我们很不一样,但有一点是一样的,那就是真菌也需要在它们生活的环境中寻找食物和解决问题。

  真菌的主体实际上是菌丝体,它是巨大的相互交织的网络,由非常细的菌丝组成。菌丝有点像植物的根,它们随着真菌的生长移动,并为了寻找营养物质,积极地探索周围的环境。菌丝非常细,具体来说,人的头发的粗细大约为50微米,而真菌菌丝的粗细通常只有2~3微米。
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  图中所示的是一根粗50微米的头发,以及一根粗6微米的长丝,菌丝的宽度只有2~3微米宽。 图片来源:Saperaud/wikicommons

  真菌对自然界中的营养循环来说是至关重要的,它们会分解和回收利用环境中的那些已经死的生物量,为约90%的陆地植物的根提供了水分和营养;它们同时也可能带来烦恼,比如在人类、动物和植物中引发疾病,对大量的农业产品造成破坏。
  然而,由于真菌通常生长在土壤、木材,或其他动植物组织中,这些环境都是我们无法看到的地方,因此一直以来科学家对菌丝在自然环境中的行为知之甚少,他们不知道真菌是否有能力感觉到附近有食物,也无从知道它们是否会使用什么策略来寻找食物。

  最近,在一项新研究中,生物学家通过制造和设计出一些微型的“土壤芯片”,对菌丝的生长、觅食行为以及菌丝探索空间的方式进行了调查。在实验中,他们观察了7种不同的真菌菌丝进行了研究,观察到了它们是如何在空间中生长的。

  这次,研究人员制造了一种透明的由微型通道构成的微流控芯片系统,芯片上所设计的结构能模拟真菌在土壤中生长时所面临的情况,比如一些菌丝在生长时需通过的狭窄通道、急转弯,以及迷宫一般的障碍。
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  实验所设计的土壤芯片上的障碍。 图片来源:Edith Hammer et. al.

  研究人员在芯片中设计了这样几种障碍,一些宽度介于4~20微米宽的通道对应于真菌菌丝在土壤中通过的狭窄通道;一些突然的开口设计是在模拟土壤中存在的一些较大的孔隙;一些拐角设计是为了检查菌丝“掉转头”向自身生长的“意愿”。除了单个检查,研究人员还将这些不同的挑战放在一起,试图检查菌丝是否能完成一长串的混合障碍挑战。

  在芯片制备完成后,研究人员要做的就是等待真菌在芯片中生长。这是一个令人兴奋的过程,在显微镜下,他们观察到这些真菌日复一日地穿过芯片,越过他们设置的障碍。
  在植物生态学中,克隆植物的根要么长得长而疏(游击生长型),要么短而密(密集生长型)。然而研究人员惊讶地发现,这种二分法对真菌并不适用,对真菌来说,还需要更多的分类。
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  长而稀的游击生长型(左);短而密的密集生长型(右)。| 图片来源:Edith Hammer et. al.

  研究人员根据真菌的不同的生长策略,给这些真菌根取了不同的昵称,比如“马拉松运动员”形容的是那些有着密集生长,但却很长很直,不需要对周围环境进行探索的菌丝的物种;“蛇”是那些生长缓慢,但能持续数月地蜿蜒绕过复杂的弯道拐角的物种;还有那些会大量产生分支,占据着几乎所有的自由空间,能以不可思议的力量突破了芯片的坚固部分的“僵尸”。
  突破障碍的菌丝,研究人员称它们为“僵尸”。 图片来源:Edith Hammer et. al.

  研究人员认为,这些不同的策略可能是进化导致的结果。比如密集生长策略使真菌可以分解需要大量浓缩酶才能获取的复杂食物,而向深远处探索的策略则有助于真菌更快地找到散落在远处的存在时间较短暂的食物。
  实验中最简单的“土壤芯片”测试之一。真菌菌丝从左到右探索,很容易清除障碍。 图片来源:Edith Hammer et. al.

  他们还发现,某些情况下真菌很难生存,比如反复的急转弯会导致一些菌丝被困在角落里,还有一些会在绕着圆形障碍物后失去方向。
  被逼入死角的“蛇”。 图片来源:Edith Hammer et. al.
  研究人员对那些阻碍了真菌生长的障碍特别感兴趣。这是因为土壤是地球上最大的陆地碳库,土壤中的碳循环发生微小变化,都可能会导致大气中的CO₂水平出现巨大差异。了解土壤结构如何影响真菌生长,可能会让我们了解如何优化土壤以固碳——帮助我们在地下储存更多CO₂。

  研究人员希望这种土壤芯片可以继续被用来监视真菌的秘密生活。他们的研究只观察了七种不同的能分解垃圾的真菌,所以还有足够的空间来作出新的发现。他们希望通过揭示地下真菌在觅食和生长时的行为,了解它们对地面的生态系统会造成什么影响,从而有可能从中获取能帮助我们应对气候变化的信息。
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  #创作团队:

  编译:糖兽

  #参考来源:

  https://theconversation.com/the-secret-life-of-fungi-how-they-use-ingenious-strategies-to-forage-underground-156610

  https://www.nature.com/articles/s41396-020-00886-7

  https://naturemicrobiologycommunity.nature.com/posts/looking-into-the-secret-lives-of-fungi

  #图片来源

  封面图:Edith Hammer et. al.

  来源:原理



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