土壤真菌可能有助于解释森林多样性的全球梯度

靠近赤道的热带森林往往包含大量不同的物种，而靠近两极的森林支持较少的植物多样性。对这一现象的一种解释认为，土壤病原体帮助创造了这种梯度。然而，一项新的研究支持这样一种观点，即与植物根系形成互利关系的菌根真菌似乎正在以影响全球森林多样性格局的方式抵消有害土壤病原体的影响。这项研究使用了史密森学会ForestGEO网络中43个站点的数据，其中包括世界各地的森林站点，研究人员使用标准化协议收集数据。

　　

发表在《自然通讯生物学》上的一篇论文使人们越来越认识到微生物在从人类消化到作物产量等各个方面发挥的巨大作用:土壤中的微生物——在这种情况下是真菌——似乎正在影响全球范围内的森林多样性。

地球上的森林从赤道向两极呈现出明显的梯度:赤道附近的热带森林往往包含大量不同的物种，而靠近两极的森林则支持较少的植物多样性。

对这一现象的一种解释认为，土壤病原体，包括细菌和真菌，帮助创造了这种梯度。物种特异性病原体在成年树附近积累，它们的丰度会降低幼树在其亲本附近生长的成功率，从而促进物种多样性。这种影响在温暖潮湿的气候中更为强烈，从而使赤道附近的森林具有更大的多样性。

然而，由瑞士苏黎世联邦理工学院首席科学家卡米尔·德拉沃领导的一项新研究给这个既定的故事增加了一个转折。菌根真菌——与全球大多数植物根系形成互利关系的土壤真菌——似乎正在以影响全球森林多样性格局的方式抵消有害土壤病原体的影响。

“这篇论文提供了一种额外的机制，可能有助于解释为什么森林成分多样性随着纬度的不同而不同，以及更多关于微生物如何调节全球多样性模式的信息，”马里兰大学巴尔的摩县分校(UMBC)地理与环境系统教授、这项新研究的合著者马修·贝克(Matthew Baker)说。

微生物影响树木多样性

这些共生真菌的两大类，外生菌根和丛枝菌根，都可以提高幼菌的存活率。然而，Delavaux和同事的论文发现，外生菌根真菌有更明显的作用。外生菌根真菌在植物根部周围形成一层鞘，研究人员认为这可能直接保护植物免受病原体的侵害。外生菌根在高纬度地区更为常见，它们也更有可能是支持单一树种的专家。

丛枝真菌在赤道附近更常见，它们对病原体的保护作用可能更弱。他们也不太可能专门研究一种特定的树种。这意味着它们更有可能鼓励不同的树种在附近生长。

这篇新论文发现了丛枝真菌促进多样性作用和外生菌根真菌减少多样性作用的初步证据，“这似乎表明，这些机制在推动全球树种生物多样性模式方面发挥了很好的作用，”贝克解释说。

研究小组的发现与之前对这些真菌的理解结合起来，可以解释众所周知的与纬度相关的森林树木多样性模式。“这很令人兴奋，”贝克说。“全球生物多样性的模式可能不仅源于树木与其病原体之间的对抗关系，还源于土壤中真菌的共生关系。”

全球森林科学网络

Delavaux解释说:“这些发现之所以成为可能，是因为史密森学会森林全球地球观测站(ForestGEO)网络管理的一个令人印象深刻的全球森林地块网络。”要成为该网络的一员，ForestGEO站点的研究人员必须承诺每五年清点他们地块内的树木，这需要记录地块边界内直径至少为1英寸的每棵树的大小和精确坐标。一些站点还使用网络建立的标准化协议收集野生动物、土壤微生物群等数据。目前的研究使用了全球77个ForestGEO地块中的43个地块的数据，其中包括UMBC主校区的一个地块。

这个网络“反映了科学界的人们为了更大的利益而集中资源的意愿，”Baker说。在UMBC的案例中，由研究生Anita Kraemer领导的学生志愿者收集了绝大部分数据。

不同的森林，不同的微生物

UMBC的两个6.25公顷(约15英亩)的地块在其他方面是独一无二的:它们是2012年在地理和环境系统教授Erle Ellis和研究生Jonathan Dandois的倡议下加入该网络的第一批城市温带ForestGEO地块。Erle Ellis是这篇新论文的合著者。丹多伊斯于2013年获得地理与环境系统博士学位，现任约翰霍普金斯大学地理信息系统经理。

UMBC地块包括森林边缘(毗邻校园设施，如网球场、停车场和游泳池)，除了本地植物外，还包含各种外来物种。结果，这些样地单位面积的物种多样性超过了其他温带森林，并与网络中的一些热带森林样地相媲美。这些观察结果推动了贝克最近对城市森林的研究。

真菌在全球森林结构中的作用的新发现可能只是了解微生物如何驱动全球生物多样性模式的开始。贝克说:“科学界对不同类型土壤微生物的多样性及其在地球上的分布还处于学习阶段，而像德拉沃博士这样的研究人员正在扩大我们的理解。”

Delavaux对继续从事相关工作感到兴奋。她说:“未来的研究将利用现有的树木普查数据，并从30个地块产生额外的微生物基因测序数据，直接将微生物组与植物群落结构联系起来。”