是敌是友？研究人员探索苔藓和真菌之间的古老伙伴关系

密歇根州立大学的研究人员在最近发表在《植物杂志》上的一篇论文中，对苔藓和真菌之间的古老关系有了新的认识。他们发现，苔藓和真菌之间复杂的相互作用往往取决于第三个变量——真菌内部是否存在内源性细菌。

　　

下次当你在隆冬时节穿过树林时，花点时间看看你是否能发现大自然中最顽强、最真诚的幸存者之一。

不，不是从雪堆里露出来的褐色草地，也不是一片片光秃秃的枝干等待春天到来的树木。

往下看，你会发现唯一能看到的绿色就在你的靴子下面——一大片茂密的苔藓。

对于Bj?rn Hamberger，一位詹姆斯·k·比尔曼博士，自然科学学院生物化学和分子生物学系的特聘教授来说，这种全年的坚韧本身就是令人钦佩的原因。

哈姆伯格说:“这让你了解到这些生物是多么有弹性，这可能是苔藓在进化过程中没有消失的原因之一。”

但它也是一个研究的起点，其范围跨越了亿万年——从古代地球到人类在太空的未来。汉姆伯格实验室发表在《植物杂志》上的最新论文试图更好地理解苔藓和其他植物是如何征服我们的星球的，以及为了做到这一点，它们是如何从长期的合作者真菌那里得到一些急需的帮助的。

从早期地球到未来火星

苔藓在4.5亿年前的奥陶纪过渡到陆地上，汉伯格怀疑如果没有一些团队合作，这一过程是不可能成功的。

当苔藓登陆时，它们必须考虑一系列新的和具有挑战性的变量，包括水调节、重力、温度波动和紫外线照射。

值得庆幸的是，苔藓遇到了一个已经被早期真菌占领的景观，这些真菌的根状网络或菌丝体可以从地球上吸收关键的营养。作为这些营养物质的交换，早期的陆生植物为真菌提供了碳源，开启了一种新的关系，这种关系一直持续到今天。

汉伯格解释说:“至少80%的现代植物仍然以某种方式与真菌合作，帮助它们长得更强壮，变得更有弹性。”“当我们展望未来，植物需要维持不断增长的人口时，这将是一个关键因素。”

Hamberger和他的研究小组与苔藓合作了十多年，于2019年参加了底特律科学画廊的一个名为“黎明之雾”的特别展览，该展览的特色是苔藓在玻璃容器中生长，旨在模仿原始地球的环境，随后接管植物和真菌。

该小组还设计了苔藓来表达外来的现代陆地植物生化途径，生产出广藿香油等产品。

在这里，汉伯格看到了太空探索领域令人兴奋的潜力。苔藓和其他植物可以作为建筑材料或药物的天然制造者，同时在太空飞行中将二氧化碳转化为氧气。

汉伯格说:“如果你能在这样的旅程中带上植物，并给它们提供制造有用产品的蓝图，这将减少轨道上原材料的巨大重量。”

“另外，当谈到改造火星这样的地方时，为什么不从苔藓开始呢?这种植物已经成功地改变了我们自己的星球。”

汉伯格实验室的最新研究发表在《植物杂志》上，他们希望进一步揭开植物与微生物相互作用的面纱，并发现苔藓和真菌在微观层面上的交流方式。

是敌是友?

为了实现这些目标，Hamberger和论文第一作者Davis Mathieu设计了一个实验，为苔藓和真菌之间的实时相互作用提供了第一手资料。

在三个多月的时间里，实验室观察到这种苔藓(Phsycomitrium patens)在不同的玻璃容器中生长。一些栖息地完全没有真菌，而另一些则与两种地面栖息真菌(Mortirellaceae)共同培养，这两种真菌可能与植物首次征服陆地同时存在。

这些真菌是由真菌和遗传学专家Greg Bonito提供的，他是密歇根州立大学植物、土壤和微生物科学系的副教授，也是Hamberger的长期合作者。

利用显微镜、基因分析和树莓派微型计算机，研究人员追踪了苔藓与真菌邻居之间微妙但独特的相互作用方式。研究小组发现，这些相互作用依赖于真菌内的一种独特的内细菌。

这些内细菌本身就提出了一个具有挑战性的问题。内细菌的生存完全依赖于它们的真菌宿主，但尚不清楚它们是否为这种关系带来了任何价值。

马修说:“一般来说，内细菌对真菌没有好处，细胞为了容纳它们而经历了一些巨大的权衡。”“这当然提出了一个问题:为什么它们还在?”

Mathieu和其他人发现，当内源性细菌存在时，真菌可以更容易地与苔藓邻居相互作用。当对去除内细菌的真菌进行实验时，一个复杂的关系网络开始出现。

例如，一种真菌似乎从内部“吃掉”苔藓，当它的内源性细菌存在时。但是在没有内细菌的样本中呢?

“它和苔藓生活在一起，完全无所谓，”马修解释说。

与此同时，另一种对苔藓有益的真菌在去除其内细菌后改变了其行为。真菌开始产生孢子状结构，表明压力，不再像以前那样在苔藓上定居。

汉伯格实验室期待着进一步揭示苔藓、真菌和内源性细菌之间的这种“友或敌”关系，以及这些发现对理解地球上的生命意味着什么。

汉伯格讽刺地说:“我们认为我们应该从简单直接的事情开始——陆地植物生命的开始。”“但事实证明，有一个超级令人兴奋、非常复杂的故事，可以告诉我们陆地植物进化过程中发生了什么，是什么让我们来到了这个星球，又是什么让我们来到了另一个星球。”

他还希望这项研究能够激发人们对我们每天都经过的重要生命形式的兴趣，而我们经常没有意识到这一点。

“也许这可能会激发人们对这些凉爽的生物的一点欣赏，它们可以在恶劣的条件下生活，并且在春天，当雪融化，阳光回归时，它们是第一批说‘耶，我们走吧’的生物。”