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一个神秘的王国

晰数塔互联网快讯
2019-05-27 08:14

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：糖兽，标题图来自东方IC

在地球上，存在着一个非常神秘的生物世界，它们对地球上的生态系统至关重要。有时，生物学家将这个世界称为“隐藏的王国”，而居住在这个王国的生物就是真菌。

“隐藏的王国”这个名字并非无缘无故，据估计，真菌的种类可能高达500多万种，可是已被科学家所知道的却只有10万种。在这个王国里，有霉菌、酵母菌、锈菌和蘑菇，它们受到的关注要远远少于植物或动物。而其中大家最为陌生的，可能就是真菌化石了。

变成了化石的真菌是极其罕见的，这主要是因为真菌实在太“脆弱”、太易分解了。多年来，科学家一直希望能将真菌的化石记录与真菌的DNA分析结果进行比较。但它们的一些关键形态特征只能通过显微镜和化学分析才能确定。这其中包括由微观的丝状细丝构成的复杂网络，以及由几丁质构成的细胞壁，这些都是我们无法用肉眼看到的。

在此之前，我们可以确认的最古老的真菌化石大约可以追溯到4.5亿年前，这个时间大约与植物从海洋迁移到陆地上相同。这一时期内的一种著名真菌化石叫巨型蘑菇化石（Prototaxites），它们可以高达8米多，在很长一段时间里，人们曾一直误认为它们是树。

巨型蘑菇石画作。| 图片来源：Mary Parrish / National Museum of Natural History.

之前，一些科学家用基于DNA的“分子钟”分析方法，发现真菌的进化可能始于比4.5亿年更早的时间，大概在7.6亿到10.6亿年前。但是一直以来，并没有化石记录可以验证这一观点。

最近，在加拿大北极圈内的一个地区，来自比利时和加拿大的研究人员在页岩中发现了一些微生物化石标本，而这些化石大约已经有10亿年历史了。他们从化石中检测到了几丁质，提取出已成为化石的真菌孢子和菌丝，这使得研究人员开始相信，这些在10亿年前变成了化石的微生物就是真菌。

一个有10亿年历史的真菌化石，其中含有最早的几丁质记录。几丁质是一种纤维物质，它存在于真菌的细胞壁中，以及一些节肢动物的外骨骼和鱼的鳞片中。| 图片来源：Loron et al.

这一发现填补了化石记录的空白，它们的存在表明了真菌可能在植物出现之前就已经占领了陆地。研究人员将这些真菌命名为Ourasphaira giraldae，并在近期的《自然》期刊上刊登了这一结果。

这些真菌化石所在的岩石可能曾经是浅水河口的一部分。这样的环境是非常有利于真菌生长的，因为这里有富含营养的水和被冲刷而来的有机物。古老的沿海栖息地具有高盐度、高矿物质和低含氧量的特点，因此细胞壁不会轻易分解，从而为完美地保存真菌细胞壁内的几丁质分子提供了优异的条件。

Ourasphaira可能是10亿年前在河流与海洋交汇的地方所进化出的第一种真菌。虽然目前我们还不能确定Ourasphaira是原本就生存于河口，还是被冲进了沉积物中，但它们展现出了许多现代陆地真菌所拥有的独特特征。它们有清晰的发芽孢子，有丝状的菌丝，甚至细胞壁也含有几丁质，这些都是明显的真菌特征。如果不是已经知道它们非常古老，我们甚至很难将它们与现代真菌区分开来。

从真菌在地球上出现开始，在过去的十亿年间，它们在塑造地球的陆地生物圈中可能扮演了非常重要的角色。在5亿年前，第一批出现在陆地上的植物与真菌形成了亲密的伙伴关系。因为早期的植物没有根，它们需要依靠它们的真菌伙伴向外扩散到原始的矿物土壤中。真菌菌丝会通过分泌有机酸来溶解岩石并从中提取营养物质。作为回报，植物会将通过光合作用产生的营养物质转移给真菌。

这种发生在早期植物和真菌之间的资源交换，大大地促进了地球植物群的生长、进化和多样化，使其转变成越来越复杂的物种、群落和生态系统。这一幕至今仍在发生，超过90%的陆地植物都与这种或那种真菌相互关联，有些植物甚至需要完全依赖于真菌的帮助才能生存。

陆地植物与它们的真菌伙伴的共生崛起也对我们的大气产生了巨大的影响。为了能获得丰富的矿物能源，植物进化出了更有效的光合作用机制来捕获能量，例如它们要更好地控制进入和离开叶子的二氧化碳和水。在数百万年的时间里，这种对二氧化碳的吸收的增加，导致了氧气浓度的大幅度上升。在此之前，地球上的氧气浓度或许只能支持和昆虫差不多大的微型生命形式；而上升了的氧气浓度则为更大、更复杂的动物生命出现提供了可能。

从那时开始，进化的故事就有了清晰的篇章。可是当新的化石证据表明，真菌可能比植物早5亿年前就抵达了陆地时，就引发了对与这场共生之旅的启程时间有关的根本性问题的思考。

之前人们认为，植物是与它们的水生真菌同伴同时过渡成为陆地生命的。但新的发现提出了一种新的可能，即为了让植物生命成功地生长，地球上的陆地可能提前数亿年就开始了准备。无论是溶解富含矿物质的岩石，还是分泌碳基的有机酸，在把贫瘠的土地变成现在肥沃、富含碳的土壤的过程中，真菌都作出了极其重大的贡献。植物之所以能得以出现，可能都是因为远古的真菌祖先在很久很久以前就为它们打下了基础。

总的来说，发现这些化石具有两大重要意义。首先，这些化石协调了基于DNA和古生物学对真菌起源的判断，将真菌的起源追溯到了至少10亿年前；其次，从这些化石中，我们可以找到与第一批真菌生存环境有关的线索。

目前，科学家面临的主要挑战是要确定这些古代真菌是否起源于陆地，并且还要确定它们在生命进化树上的位置。接下来，研究人员将会把研究重点放在发现更多的真菌化石上，为我们理解对早期生物圈的进化带来飞跃性的进展。

我们已经了然于胸的是，如果没有真菌，我们就不会存在。无论是在沙漠还是热带雨林，真菌在维持全球健康的生态系统方面都发挥了至关重要的作用，它们支撑着今天地球上的所有生命。如今来看，我们可能还欠它们5亿年的感谢。

参考链接：

[1] https://theconversation.com/complex-life-may-only-exist-because-of-millions-of-years-of-groundwork-by-ancient-fungi-117526

[2] https://theconversation.com/im-an-evolutionary-biologist-heres-why-this-ancient-fungal-fossil-discovery-is-so-revealing-117488

[3] https://www.nature.com/articles/s41586-019-1217-0

[4] https://www.nature.com/articles/d41586-019-01629-1

[5] http://blogs.discovermagazine.com/deadthings/2019/05/22/fossil-fungi/#.XOdMgad7FD1

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：糖兽，标题图来自东方IC