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这是发现真相的时刻。我们花费了无数小时（准确地说是1710小时）仔细消毒这些种子，在消毒剂中摇匀这些种子时，实验室里充满了刺耳的嘎嘎声。我们搭建了一个真菌城市：无数培养皿积木般地堆放在实验室工作台上，里面已经培养出了不同颜色、不同质地和不同形状的真菌。我们提取了足够多的DNA，冰箱都要被试管挤爆了。
经过了这几个月的工作，终于到了分析数据、看看我们都发现了些什么的时候了。据我们所知，这是首次，在一个重要的种子库中，我们发现了隐藏在这个千年种子库中的数百种真菌，其中一些可能是科学界的新物种，可能对植物健康的未来至关重要。
我已经不记得第一次决定研究真菌的时候了。我多么希望我在本科学生物学的时候能发生一件轶事，比如第一次在显微镜下观察孢子时，我被其纯粹又壮丽的样子所征服——但这只是个虚构的轶事而已。一方面，真菌很少出现在我本科的学习中；另一方面，当它们出现时，又通常是作为引发疾病的负面形象出现。
当我们发现，真菌和动植物一样，是一个完整的物种王国，它们都属于地球上多细胞生物的一个重要分支，统称为“真核生物”，这可能是令人惊讶的。然而，这是学校和高等教育院校的典型经历（至少在英国和美国是这样的），毫不惊讶的是，当你没有给学生教授真菌学时，他们是不会继续研究真菌的。所以这就导致研究并教授真菌的人越来越少……你现在了解到现状了。简而言之，和动植物王国相比，人们对真菌的研究非常不足。
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人们对真菌的疏忽程度，我再怎么强调都不为过。据最新的统计，真菌的物种总数是620万。把这个数字放到环境中来看，这意味着我们的星球上存在着比植物种类多15倍的真菌种群。真菌种类的其他最新统计数字变化很大，从220万到1.65亿种不等，但不论你相信哪个数据，这些数字都已经远远超过科学家已经发现并命名的15万种真菌。
我们只是刚刚触及到真菌的表面，毫不夸张地说，无数的真菌还存在于地下和其他有机体内。这些微小的真菌，或者简单地说“微型真菌”，肉眼是看不见的，所以很长时间以来都在我们的“雷达”监控之外。但是，这并不意味着真菌不重要。事实恰恰相反。
是的，有些真菌是病原体，会致使动植物生病。从公众关注度和科研角度来看，这些真菌有充分的理由成为最受关注的真菌。随着全球旅行和贸易的增长，先不说我们对全球气候变化的贡献，我们正在为新的真菌病原体的出现和繁殖创造绝佳的机会。
但是真菌不只是病原体。还有一些真菌是分解者（“腐食生物”），它们在生命与死亡的持续循环中，分解有机物质，并释放营养物质到土壤中。我们生活在一个资源有限的星球上，所以多亏了这些微小的真菌起到的循环作用，让我们这个自然世界可以存在下去。
无数的真菌在现代社会中发挥着关键作用：它们可以作为药物的来源（如抗生素和免疫抑制剂），作为生产洗涤剂和制造业的工业酶，以及作为代替塑料的新型生物材料。即使是支持我们日常饮食中微不足道的面包酵母，也可以在实验室中用于研究人类遗传或通过修饰来合成重要的化合物。这些还只是我们已经了解到的真菌——你可以想象一下那些还未发现的真菌中等待被发掘的有用价值。
最著名的真菌或许是根瘤菌这样的共生生物，它们与植物的根通常为了互利而形成伙伴关系：它们帮助植物吸收水分和营养，以换取碳水化合物。这些真菌可以形成巨大的地下植物营养交换网络，我们通常称之为“树联网”（wood wide web）。似乎还不止于此，根瘤菌还有助于增加土壤中的碳含量，因此在调节全球气候方面发挥着重要作用。
很简单，如果没有真菌，我们的生命将会消亡。
探索内生菌
这就引出了我所研究的真菌。我们在观察植物时，发现的不只有根瘤菌。所有的植物组织内都存在真菌，类似于我们动物体内生活着一系列的微生物：我们身体的“微生物群”。这些植物体内的微小真菌被称为内生菌（endophyte），它们存活在植物体内，不会引起任何肉眼可见的疾病症状。
基因测序技术的革新，让我们能仅凭极少量的DNA痕迹就检测出难以察觉到的生物，这改变了我们对微小真菌的认识。一个植物个体可以容纳无数不同种类的真菌物种。
然而，一如既往，事情并没有这么简单。当我们在健康植物中发现内生真菌时，其中有些可能是潜在的分解者或病原体。也就是说，这部分真菌处于休眠状态，它们正在等待植物死亡以使其腐烂，或等待致病的机会。与此同时，我们知道一些其他的内生真菌会给它们的宿主植物提供帮助，例如促进植物发芽和幼苗生长。我们所说的内生菌生活方式，实际上是植物与真菌间的相互作用，这些相互作用对植物健康有好的影响也有坏的影响。
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正是这些神秘又有潜力的真菌引发了我的兴趣。即使遇到很多困境，我还是找到了研究真菌的方法。我在读本科的时候正式开始研究真菌，那时我有幸获得了一年的“三明治”实习机会，跟随研究真菌的高级科学家Ester Gaya在伦敦皇家植物园的邱园研究真菌。差不多七年后的今天，我依然在这里工作。
很多人并没有意识到邱园不只是有美丽的花园，它也是一个重要的以馆藏为主并专注于植物和真菌研究的科研机构。事实上，它拥有世界上最大的干燥真菌库，被称为“真菌馆”（馆藏125万个标本）。
再就是千年种子库，它也是邱园的一部分。如果有什么特别的话，“种子库“一词可能会让人联想到斯瓦尔巴特群岛全球种子库的形象：一个从北极雪地里冒出来的巨大的混凝土巨石，像是某种超级怪兽基地。
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坐落在英国郊区Wakehurst广场的千年种子库，看上去并不宏伟壮观，但内部却更令人印象深刻。在邱园的协调下，种子库既是一个实体建筑，作为世界最大的种子库，存放着近40000种物种的23亿颗种子。同时，作为全球合作伙伴，种子库还致力于在全世界收集和保存种子。
顾名思义，种子库就是长期储存种子的地方，可以作为应对潜在危机的“保险箱”。而危机即将到来：由于气候变化和我们对地球的不可持续利用，据估计，五分之二的植物正面临灭绝的威胁。千年种子库的使命就是在野生植物的种子消失前，寻找并保存它们。
种子库不仅仅是对自然界未来预设情形的备用，因为收集到的种子在当下已经得到了很好的利用——例如，从不同的原生地社区收集到的种子，对森林火灾后的生态修复和再造林的成功至关重要。
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研究真菌的视角给种子库的建设带来了新目标。这可能不是建立种子库的最初目标，但随着对植物多样性的保护，种子库也在保存种子内的真菌多样性。当然，从事种子库工作的科学家们早就意识到了真菌的存在，但他们对真菌的态度却是负面的。联合国粮农组织的种子储存标准总是将真菌视为污染物，这是一个需要被解决的问题，并且事实上，他们建议使用杀真菌剂来消灭任何存在的真菌。
采取这种措施是有原因的，即许多真菌会使植物生病，种子库要避免成为植物疾病的温床。但我们越来越意识到，我们体内和周围的微生物对世界的影响超过了我们之前的认识。作为人类，改变我们肠道内的菌群平衡对身体健康有诸多负面影响，甚至与神经疾病有关。我们对植物相关的微生物群所知甚少，但如果我们想要成功保护所有濒危物种，就要做出一些改变。
千年种子库内一定存在大量被称为内生菌的潜在有益微小真菌，这对于研究真菌或微生物的人来说，并不难想到，然而之前并没有任何人对此进行研究。这种情况在几年前有所改变，当时Gaya第一次开始考虑这个问题。但是在如此庞大的种子样本中，该从哪里开始研究呢？
研究案例：野生香蕉种群
我们的机会来了，多亏了一位博士生Simon Kallow，他在研究长期保存野生香蕉种群种子的方法。顾名思义，农作物的野生亲缘品种是我们培育的农作物品种的近亲。科学家对它们很感兴趣，因为它们的基因多样性更加丰富，可以为培育品种提供很多有用的性状来源，例如，可以让培育品种对气候变化、害虫或疾病有更强的抵御能力。
我们还有一个想法：即野生亲缘物种内的微生物群也可以起到保护我们农作物的作用。我们可以将野生亲缘种的内生菌引入农作物，以发挥有用的功能，例如抗逆性。保护野生亲缘物种及其微生物群，可以为我们赖以生存的粮食作物的未来提供保障。
这对香蕉尤其重要，因为香蕉不只是每年价值310亿美元的重要经济作物，还是香蕉产区百姓的重要食物组成。不幸的历史还在重演，全球的香蕉作物目前受到一种名为Foc TR4的真菌病原体威胁，因此保护其野生亲缘物种就很重要。
Kallow对他的野生香蕉种子可能含有的内生真菌感兴趣，并关心这些真菌能否在延长种子储存期和提高发芽率方面发挥重要作用。对我们来说，这是一次绝佳的机会先去了解一下千年种子库的样本中隐藏的真菌。
图片来源：Simon Kallow
我们采用了两种措施粉碎种子，对内部的所有真菌DNA进行测序，但我们也尝试了让真菌在种子内部生长，即所谓的“培养”。这样，我们就能尽可能多地获取现有的真菌多样性，同时还建立了我们未来可以利用的活体内生真菌的样本集。
在现实中，每天与这些小到看不见的生物打交道，多少有点虎头蛇尾。很多时候，你只是在观察试管中的少量无色液体。因此，除了有用之外，在培养物中培养一些物种还是令人兴奋的，这让我们能一瞥难以置信的物种隐藏多样性。我觉得它们也可以相当漂亮。
图片来源：作者供图
一个隐藏的真菌宝库
仅观察了六个植物品种，我们就能发现近200种真菌。由此可知，在千年种子库里的4万种植物中，即便假设不同植物种类中的内生真菌种类会有重叠，那你也可以推断出，隐藏在种子库中的真菌物种可能会达到100万种，这样的多样性令人兴奋，其中一些可能是科学领域的新物种。
就研究真菌本身而言，挖掘其多样性是很有趣的，但有些物种对其寄居的植物的健康也许很重要，因此对整个种子库的存储是至关重要的。
因为我们可以培养一些内生真菌，我们知道至少有一些真菌物种（大部分是很常见的物种）可以在千年种子库对种子的处理、干燥和冷冻的过程中存活下来。我们通过DNA测序还检测到了其他内生菌，但它们并没有在培养过程中生长，不过它们也不一定死了，因为许多真菌对环境更敏感，在实验室里不生长。未来，我们需要了解能在储存过程中存活下来的内生菌的真实数量，以防重要、稀有的物种消失。
我们的实验结果也支持了之前的研究，即真菌在种子内部通常是排他的。换句话说，大多数情况下，我们在种子内检测到的真菌只有一种，这表明，在有限的种子空间内，一种真菌会击败其他菌种并成为主宰。
这就引出了一个有趣的问题，即我们能否利用这种现象来保护我们的植物免受病原体侵害呢？如果我们给植物接种了“正确”的内生真菌，它能否打败那些想要侵染种子的真菌病原体？这个想法需要在实验室里进行验证，但这正是我们有望使用内生菌这种自然形式来控制植物疾病的例子之一。
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我们还发现，每组种子中内生真菌的总数及物种的特定组合，会因种子收集的栖息地的变化而变化。这就意味着，当研究人员在野外做研究时，他们选择的种子收集地可能会对将要保存的微生物群产生无法预料的影响。
种子在储存后能够存活或发芽的比例也因其原栖息地而异。我们希望未来的实验能够证实真菌本身是否对这种现象有所影响。这就是保存活的真菌培养物这么珍贵的原因，因为我们能用它们在实验中检验许多问题。
未来是真菌的
正如科学中经常出现的情况，我们在这项研究中遇到的问题比得到的答案多。其中的一些问题，对未来我们保护种子的措施有影响，而以前在种子库从来没研究过。我们是否已设法保存了足够多的种子微生物群呢？这对植物的健康有多重要呢？
另外，我们对真菌本身也有一些疑问：我们能从这个从未被探索过的真菌多样性的“宝藏”里学到什么？真菌世界还有很多有待发现的东西，而且通常就在我们眼前。为了迎接这个挑战，我们首先要确保人们有机会能了解到真菌，这与我的经历不同，我在大学里几乎没有听说过真菌，在中学时更是对此一无所知。
2019年夏天，我帮助组织了邱园科学节的真菌展览，这是一年一度的公共活动，我们邀请了游客来参观，并与科学家们探讨植物与真菌对我们生活的重要性。我会永远记得，当我给大家介绍世界上最大的生物其实是一个有2500年历史、重达400吨的巨型真菌，或者一些蘑菇会在黑夜里发光来吸引昆虫时，游客们瞪大眼睛的样子。
真菌很奇怪，很酷，也足够有趣，你要做的就是分享真菌的故事，人们就会为之着迷。孩子们和大人们都会来到我们的展区，此前他们对真菌一无所知，但到了周末快结束的时候，真菌就会成为游客们在科学节上最喜欢的话题之一。
当你打开眼界，进入这个奇怪而美好的王国，你就会发现许多奇妙的事物。
撰文：Beth Daley，The Conversation杂志美国版总经理兼编辑。
翻译：魏书豪
审校：郭晓
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
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