本報2015年2月22日綜合外電報導，陳祐德翻譯；龐中培審校
1960年代起科學家就明白，菌根會幫助植物個體生長。大約90%的陸生植物和真菌維持著互利共生的關係。19世紀德國生物學家法蘭克（Albert Bernard Frank）發明了「菌根」（mycorrhiza）一詞，以稱呼這種合作關係。
在這樣的關係中，植物提供真菌碳水化合物作為食物養分；作為回報，真菌則用菌絲幫助植物吸取水分並提供營養鹽，例如磷和氮。
菌根也能激發宿主植物的免疫系統。當真菌入侵時會誘發植物根部產生與防禦相關的化學物質，連結到菌絲使得植物對疾病更有抵抗力，也使免疫系統的反應更快、更有效率。這種現象稱為「促發」（priming）。自然界的網際網路：真菌網
不僅如此。我們現在知道菌根也能連接相距很遠的植物。真菌專家史塔曼茲（Paul Stamets）在一場TED演講上稱呼真菌為「地球的自然網路」（Earth's natural internet）。
史塔曼茲注意到菌絲體和美國國防部早期網路版本阿帕網絡（ARPANET）之間的相似性。他在1970年代用電子顯微鏡研究真菌時，首次有這樣的想法。
真菌網的功能可是花了好幾十年的研究才逐漸知曉的。1997年，溫哥華卑詩省大學的希瑪德（Suzanne Simard）找到了第一批證據。她發現洋松（Douglas fir）和白樺木（paper birch）可以透過菌絲體傳送碳。其後，科學家也發現植物可以透過相同的路徑交換氮和磷。
非「適者生存」 大樹會幫小樹
希瑪德現在相信大樹會利用真菌網來幫助小樹。她認為，沒有真菌網的幫忙，很多幼苗無法存活。1997年的研究顯示，在陰影處生長（就像是缺少食物）的幼苗，從其它樹得到較多的碳。
希瑪德在2011年的紀錄片「樹會溝通嗎？」（Do Trees Communicate?）中說：「這些植物不完全是達爾文『個體競爭、適者生存』那樣的個體。事實上，他們彼此互動，試著幫助對方存活。」
然而，養分運輸的功效是有爭議的。英國加地夫大學的邦帝（Lynne Boody）說：「我們確知它會發生，但是會進行到什麼程度就不清楚了。」
這樣的爭議持續著，直到其他研究者找到植物可以透過菌絲體溝通的證據。2010年，廣州華南農業大學曾任森發現，當植物被有害的真菌附身時，會釋放化學訊號到菌絲體警告鄰居。
曾任森的團隊在盆栽裡種番茄，兩株一盆，並允許一些盆栽中的菌根能夠生長。當菌根生成後，在每盆中中的一株番茄上噴上茄鏈隔孢菌（Alternaria solani）上，這是導致番茄輪紋病的真菌。密封的塑膠袋用來防止植物地面上的化學通訊。65小時後，他們試圖感染每盆的另一株番茄，而發現有生成菌絲體的番茄較不易得病，若得病也輕微得多。
曾任森和他的同事寫道：「我們認為番茄能『竊聽』防禦反應，並增加自身對潛在疾病的抵抗力。」這樣看來，菌根不只是能讓植物分享食物，也有助於保護彼此。
不只是番茄會這麼做。2013年，亞伯丁大學的強森（David Johnson）和他的同事發現，蠶豆也會用真菌網偵測逼近的威脅。
強森發現，本身沒有遭受蚜蟲攻擊，但和被攻擊植株以菌絲體相連的蠶豆幼苗，會啟動抵禦蚜蟲的化學物質，而沒有與菌絲體相連的幼苗則不會。「被蚜蟲吸食的植物之間，正在進行某種形式的溝通，而且是以真菌網來傳遞訊號。」強森表示。
偷取鄰居養分 真菌網也有駭客
不過就像人類的網路犯罪一樣，真菌網也有它黑暗的一面。網際網路不僅讓個人隱私度下降，還常常傳播電腦病毒，助長犯罪。同樣的，植物連上真菌網，就意味著它們不再是單獨的個體了，惡意的鄰居可以傷害它們。
有些植物利用真菌網偷竊。這些植物沒有葉綠素，不能行光合作用產生自己所需的能量，像是鬼魅蘭花，就透過菌絲體從附近的樹取得需要的碳。其他蘭花只在合適的時候才偷竊，因為這些混營生物可以行光合作用，但也利用真菌網偷取別株植物的碳。
這聽起來或許沒那麼壞。然而，植物的網路犯罪可以比偷竊伎倆陰險許多。
植物必須和鄰居競爭資源，例如水和光。有些植物會在爭奪戰中釋放化學物質傷害對手。這種「相剋作用」在樹之間還算普遍，像是銀合歡、糖朴、美國梧桐和某些尤加利樹都會，它們釋放抑制周遭植物生長的物質，或不讓微生物散佈在根部周圍。
有科學家質疑相剋作用對這些不友善的植物有很大的幫助。他們肯定地說，有害化學物質在傳到遠方前會先被土壤吸收，或是被微生物分解。但或許植物可以利用遍布地底的真菌網來解決這個問題。2011年，化學生態學家莫瑞斯（Kathryn Morris）和她的同事開始驗證這項理論。
莫瑞斯把萬壽菊種在含有菌根的真菌的盆栽裡。盆栽裡有用網子圍成的圓管子。網子的孔洞大小樹根過不了，但菌絲體可以。半數的圓管定期轉動以抑制真菌網在裡面形成。
團隊檢驗圓柱裡的土所含萬壽菊製造、能減緩其他植物生長並殺死線蟲的兩種化合物。在真菌可以生長的圓管中，兩種化合物的濃度是另一半圓管的1.79和2.78倍。這意味菌絲體真的能運送毒素。
團隊接著用圓管裡的土來種萵苣。25天以後，種在土壤含較多毒素的萵苣重量只有另一組的60%。
瞞天布局 植物釋毒素出擊
莫瑞斯說：「實驗顯示，真菌網可以運送化學物質，並達到足以影響植物生長的濃度。」對此結果，有人認為在實驗室外，毒素的功效可能不會一樣好。因此，德國柏林自由大學的阿漢茲（Michaela Achatz）和同事就在野外尋找類似的效應。
研究相剋作用最詳盡的例子之一，是黑胡桃樹。它從樹葉和根部釋放一種稱為胡桃醌的化學物質，能抑制許多植物的生長，包括常吃到的馬鈴薯和小黃瓜。
阿漢茲和她的團隊在黑胡桃樹的周圍擺放很多盆栽，結過發現，沒有旋轉抵擋真菌接觸的盆栽，胡桃醌含量幾乎比有旋轉的盆栽高4倍。
有一些特別狡猾的植物，甚至能改變附近真菌網的組成。研究顯示，矢車菊、細野燕麥和毛雀麥都可以改變土壤的真菌組成。依據莫瑞斯的說法，它們偏好能與自己和競爭植物相連的真菌，因為這樣有毒的化學物質更容易攻擊到對手。
Wood Wide Web 昆蟲也「上網」
動物也可能善用真菌網。有些植物產生化合物，以吸引有益的細菌和真菌到它們的根部，但訊號可能被以根部為食的昆蟲和蠕蟲接收。
2012年，莫瑞斯認為，這些經由菌絲體移動並傳遞訊息的化學物質，可能在無意間，向周遭的動物們宣告了植物本身的存在。然而，她說這尚未經由實驗證實。
因為相關的證據持續增加，許多生物學家開始用「樹木的全球資訊網」（wood wide web）一描述真菌提給植物和其他生物的通訊服務。
莫瑞斯說：「真菌網使同種和不同種植物間的通訊更快、也更有效率。我們通常不會想到這個，因為我們只看到地面上的東西。但大部分眼睛所見的植物在地底下都是有連接的。不是直接用根，是透過菌絲體。」
真菌網呈現了生態學上最重要教誨之一：看似分離的個體常是相連的，並可能彼此依賴。邦帝說：「生態學家早知道生物彼此連接得更緊密、相互依賴的程度更深。」
※ 本文為教育部科學人文跨科際人才培育計畫（簡稱SHS計畫）所屬南區區域推動中心，舉辦「環境新聞編譯工作坊」之成果展現，特別感謝《科學人》編輯群協助審校。
【相關文章】
-「阿凡達」是真的 科學家：樹木會靠菌類溝通
【參考資料】
-BBC（2014年11月11日），Plants talk to each other using an internet of fungusView the discussion thread.
留言列表
留言列表
