你敢想象吗？《Nature》大手笔绘制全球森林微生物共生关系图谱！

森林地表错综复杂的根系，真菌和细菌与树木一起生长，为广阔的全球营造碳循环。

　　

一项宏大的共生关系图研究——全球200多名科学家们用自己的脚步丈量了110多万块森林，拥抱了28000种树——揭示了决定不同类型共生体繁荣的因素。这项工作可以帮助更多人了解共生伙伴关系是如何构建森林世界，以及它们是否受到以及如何受到气候变暖影响。

这项研究由来自斯坦福大学等机构的200多名科学家组成的团队合作，发表在《Nature》杂志，从这项研究中，他们发现了一种新的生物学规律，该团队以共生体（symbioses）先驱“大卫• 里德爵士（Sir David Read）”将其命名为“里德法则”。

如何应用这项研究？根据这张地图，研究小组预测，如果碳排放持续不减，到2070年共生体将发生变化，导致较冷地区的一种真菌相关树种生物量减少10%。这样的损失可能会导致大气碳排放更多，因为这些真菌会增加土壤的碳储存量。

“这么多不同的共生类型，我们证明它们也遵守着明确的规则，”斯坦福博士后研究员、论文的主要作者Brian Steidinger说。“我们的模型预测了世界森林共生状态的巨大变化，这种变化可能会影响您的子孙后代所生存的环境和气候。”

三种共生关系

对于大多数观察者来说，这些微生物和树木之间的王国间合作是高度多样的。研究人员专注于绘制三种最常见的共生关系：丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi）、外生菌根真菌（ectomycorrhizal fungi）和固氮细菌（nitrogen-fixing bacteria）。这些类型中的每一种都包含数千种真菌或细菌，它们与不同的树种形成独特的伙伴关系。

30年前，里德手绘了一本地图，根据它们所提供的营养，他认为不同的共生真菌可能存在于哪里。外生菌根真菌直接从腐烂的树叶等有机物中为树木提供氮，因此，他提出，在分解缓慢、叶屑丰富的较冷的地方，外生菌根真菌会更成功。相反，他认为丛枝菌根真菌将在热带地区占主导地位，那里的树木生长受到土壤磷的限制。其他人的研究补充说，固氮细菌在低温下似乎生长不良。

然而，测试里德的猜想需要时间，因为证明结论必须从全球不同地区的大量树木中收集数据。全球森林生物多样性倡议（Global Forest Biodiversity Initiative，GFBI）提供了这些信息，GFBI调查了地球上除南极洲以外的所有大陆的森林、林地和大草原。

研究小组将该数据库中3100万棵树的位置以及共生真菌或细菌最常与这些物种相关联的信息输入到一个学习算法中，该算法确定了气候、土壤化学、植被和地形等不同变量如何影响每个共生体的流行率。由此，他们发现固氮细菌可能受到温度和土壤酸度的限制，而这两种真菌共生体严重受到影响分解速率的变量的影响——环境中有机物质分解的速率——比如温度和湿度。

“这些，令人难以置信的都是很强的全球模式，与其他基本的全球生物多样性模式一样引人注目，”该研究的通讯作者Kabir Peay说。“但在这一硬核数据出现之前，对这些模式的了解仅限于菌根或固氮生态学专家，尽管这对许多生态学家、进化生物学家和地球科学家都很重要。”

这项研究支持了里德的假设——丛枝菌根真菌位于温暖的森林，在寒冷的森林中发现外生菌根真菌——根据影响分解的变量的逐渐变化，从一种共生类型到另一种共生类型的生物群落的转变比预期的要突然得多。研究人员认为，这支持了另一个假设：外生菌根真菌改变了它们的局部环境，从而进一步降低分解率。

这一反馈回路可能有助于解释为什么研究人员在模拟碳排放持续到2070年时，看到外生菌根真菌减少了10%。温度升高会迫使外生菌根真菌越过气候转折点，超出它们可以改变的环境范围。

合作绘图

这张地图背后的数据代表了来自70多个国家的真实树木和由普渡大学的Jingjing Liang、瑞士苏黎世联邦理工学院的Tom Crowther所领导的背后数百名讲不同语言、研究不同生态系统和面对不同挑战的研究人员之间的合作。

“数据集内有110多万块林地，每一块都是由地面上的一个人测量的。在许多情况下，作为这些测量的一部分，他们相当于给了每棵树一个拥抱。很多努力——远足、流汗、滴答声、漫长的日子——都写在地图上。”

这项研究地图将免费提供，以帮助其他科学家在他们的工作中引入树木共生体。未来，研究人员打算将他们的工作扩展到森林以外，并继续努力了解气候变化如何影响生态系统。

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原文检索：Climatic controls of decomposition drive the global biogeography of forest-tree symbioses

（生物通:伍松）