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我们的盟友真菌

一提起真菌,很多人就会产生莫名的恐惧心理,科学家把这种现象称作“真菌恐惧症”。

我们的盟友真菌

一提起真菌,很多人就会产生莫名的恐惧心理,科学家把这种现象称作“真菌恐惧症”。的确,真菌感染无处不在:霉菌会侵扰一块放久了的面包,一个正在腐烂的橘子,甚至为我们的天花板上色……然而,科学家却从小小真菌中看到了诸多的有用之处。几千年来,微小真菌是生产诸如面包、啤酒、豆腐乳等美味食品的重要酵母菌,而西方饮食中必不可少的“黄金乳品”——奶酪则来自大型真菌的力量,它们能加速发酵奶中风味物质的形成。

从生命进化树来看,真菌和动物萌芽于同一分支,直到植物分化后很久,彼此才分离开来。所以,所有真菌都共享动物的一些基本特征:吸入氧气,吐出二氧化碳;和人类一样很容易受到许多相同细菌的感染;通过消耗其他生命而不是通过光合作用获取能量。真菌以其独特的方式,将动物、植物和地球编织在一起。

在很多人的眼里,像蘑菇这样的真菌不过就是烹调美味食品的配料,或者是自己精心打理的草坪上的入侵者。但真菌学家却对真菌抱有极大的期望:喜欢着床于木屑中的微小真菌,将在医药、环保材料、绿色燃料、污染控制等领域,改变整个世界的游戏规则。“真菌是我们的盟友,没有它们,地球就不会工作。”真菌学家保罗·斯蒂芬如是说。

深藏于地下的秘密

在森林的地面上,或湿滑树桩的旁边,生长着一片片肥美的蘑菇伞。然而,正如保罗所说:“蘑菇伞只是冰山一角,真菌的90%都隐藏在地表之下。”

在美国俄勒冈州东部马胡尔国家公园的一片古老森林里,“居住”着世界上最大的生物——一株学名为“奥氏蜜环菌”的巨型真菌。奥氏蜜环菌是美国西部最为常见的一种蜜环菌。奥氏蜜环菌主要在地下生长和散布,而在地面上它的大部分是不可见的。只有在秋天,当它长出蘑菇时,才会给出地下部分存在的可见证据。这株巨型真菌发现于1992年。据科学家推测,它的年龄高达2000多岁(还有科学家猜测,它的年龄近8650岁),因而成为地球上年龄最大的生物之一。不仅如此,它还刷新了地球最大生物的记录——它在地下延伸的菌根占地面积达10平方千米,相当于1350个标准的足球场,而此前人们公认的地球最大生物是33.5米长、200吨重的蓝鲸。

真菌早在数亿年前就开始占领地球表面,并逐渐确立了它们作为地球伟大分解者的地位。真菌就像建在地下的化工厂:菌丝体分泌酶,把有机物的长链分子分解掉,然后它们从中吸取营养。菌丝体分泌的酶甚至还能将岩石分解成可吸收的矿物质,释放到土壤里,然后被真菌大口大口地吃掉。“它们是非凡的化学家。”保罗如此诗情画意地描述真菌。

有一种真菌甚至被视为神物,它就是裸盖菇。人如果吃了裸盖菇,过不了多久,眼前的世界就会变得光怪陆离,人就开始手舞足蹈、又哭又笑。这是因为裸盖菇中的裸盖菇素会影响人的视觉和其他感觉的神经受体,干扰神经系统的信号传递,使人产生幻觉。不过,裸盖菇的致幻效果比较温和,一般不会致人死亡。数千年前,加勒比海地区的印第安人将这种蘑菇视为神物,用于祭祀与医疗,以获得不同寻常的精神体验。

真菌通常都会以保护色生活在土壤里和腐殖质上,与植物、动物及其他真菌共生。大多数真菌还拥有自己的防御系统,它们自身会产生很强的抗菌素,以抵抗病原体,保护自己不受细菌、昆虫和其他真菌的感染。它们甚至能够防御天花。

未来的绿色环保材料

在保罗的实验室里,在肥大多汁的腐木上,生长着大片大片的灵芝状的木材腐朽菌。他说它们都是“优秀的战士”——为了争夺美味多汁的腐木,木材腐朽菌会散发出大量化学物质来限制其他菌种的菌丝体繁衍。所以保罗指出,单一的蘑菇菌种会给森林带来毁灭性的病害。不过,作为森林生态系统的重要组成部分,木材腐朽菌在森林生态系统中起着重要的降解作用,能全部或部分降解木材中的木质素、纤维素和半纤维素,为昆虫和鸟类提供营养。与此同时,木材腐朽菌和一些昆虫之间存在互助关系——昆虫可以帮助传播木材腐朽菌。在真菌物种之间也存在既相互对立又相互利用的关系。

在另一座实验室里,微生物学家加里·史特罗贝尔正利用木材腐朽菌研发生物燃料。十年前,他在玻利维亚北部的巴塔哥尼亚实地考察一片古老的森林时,发现了被称为“肉质紫胶盘菌”的木材腐朽菌,这种紫色的真菌含有挥发性化合物,能与柴油中的类似化合物相媲美。

史特罗贝尔在实验室里用了三周时间,对不同的真菌不厌其烦地进行排列、组合,结果将枯叶转化成了有用的微生物柴油。制造生物燃料的常规方法是使用经济作物发酵产生生物燃料,如乙醇,而这种源自真菌的燃料可以从农业废料中提取。所以,史特罗贝尔指出,人类可能正进入“真菌时代”。有朝一日,“真菌引擎”将飞速发展。

人们所熟知的包装材料——聚苯乙烯是一种化学合成聚合物,含有对人体有害的潜在致癌物质。最新研究发现,利用农业副产品(如稻米、荞麦和棉籽的壳和秸秆)与菌丝混合产生的真菌纤维,可以替代聚苯乙烯。也许在不久的将来,人们网购的东西送上门时,将不再使用聚苯乙烯包装,而是使用真正环保的真菌纤维。

塑料是一种奇迹材料,菌丝体材料更是令人不可思议。菌丝体具有良好的生物可降解性和相容性,只要给予不同的原料、温度和湿度, 菌丝体就会以不同的密度、朝不同的方向生长,生长成具有不同特性的材料。菌丝体材料拥有广阔的应用前景。目前,有科学家正利用菌丝体生产充当骨骼的人造骨骼,以及电动车和耐火绝缘泡沫胶的模压部件。

未来世界的“救星”

保罗说:“菌丝的未来就是人类的未来。”虽然这听起来有点耸人听闻,但他的公司——“完美真菌公司”目前已经拥有超过30个真菌专利,其应用涵盖环境和医学领域。保罗最大的愿望是用真菌清除污染,小到石油、化肥污染,大到核污染。我们知道,真菌的力量主要隐藏在地下的菌丝中——菌丝在适当的条件下产生菌菇,菌菇以其巨大的力量从地下冲出,足以冲破柏油路面。

1998年,保罗领导的研究团队进行了利用真菌清除柴油污染的实验。实验对象是用柴油侵透了的几张绒布,其芳香碳氢化合物污染程度接近1989年发生在阿拉斯加海滩的漏油事件。

他们对其中的一张绒布做酶处理,其余的做细菌处理,然后将菌丝注射在用酶处理过的绒布上。6周后,其他绒布变得又黑又臭,而用酶处理过的绒布上则生长出了近百千克的牡蛎蘑菇——是酶将柴油中的碳氢化合物变成了碳水化合物。接着,孢子生长出来,孢子吸引来昆虫,昆虫产卵,卵变成幼虫,然后鸟飞来吃虫,同时带来了植物种子……9周后,这块绒布竟然变成了生命的绿洲。

下一步,保罗打算用真菌发明一种粗麻布,放到农场或工厂的下游——那里通常会产生大肠杆菌和其他有毒废物——用以修复生态。

保罗说,如果我们想用一个快速而简单的办法解决人体健康、环境退化和气候变化等问题,我们真的需要接受真菌兄弟的帮忙。

小真菌的大世界

在真核生物中,真菌自成一界,与植物、动物和原生生物相平行。真菌包括一大群无叶绿素、依靠细胞表面吸收养料的真核微生物。真菌学通常被视为植物学的一个分支。但事实上,真菌和动物之间的关系要比和植物之间的关系更加亲近。

至今,科学家们仍不清楚真菌在地球上存在了多长时间,对真菌的起源也没有确切的结论。

地球上有约150万种真菌,按照形态通常被分为三类:酵母菌、霉菌和蘑菇。酵母菌是单细胞真菌,呈圆形或卵圆形,直径为3~15微米,以出芽方式繁殖,芽生孢子成熟后脱落成独立的个体。霉菌和蘑菇(大型真菌)是多细胞真菌,由菌丝和孢子组成。形态不同的菌丝和孢子是鉴别真菌的重要标志。大型真菌由菌柄、菌盖和产生孢子的菌褶三部分组成。菌盖高于地面,这样散落的孢子就可以被气流带走。菌柄的底部有许多被叫作菌丝的细线,蘑菇就是通过它们来寻找养料的。

真菌的分布遍及全世界。不过,大部分真菌都很小,且以保护色生长在土壤里和腐殖质上,或与植物、动物及其他真菌共生,并不显眼。只有部分蘑菇和霉菌在产生孢子后会变得比较显眼。

真菌在有机物质的分解中扮演着极其重要的角色。很久以前,真菌便被当作食物(如蘑菇及松露)、面包膨松剂及各种食品(如葡萄酒、啤酒及酱油)的发酵剂。20世纪40年代后,真菌开始被用来制造抗生素,现在运用在工业上的许多酵素都是由真菌制造的。真菌还被当作生物农药,用来抑制杂草、植物疾病及害虫。真菌中的许多种类会产生有生物活性的物质,称为霉菌毒素(如生物碱和聚酮),它们对包括人类在内的动物来说都是有毒的。一些种类的孢子含有精神药物成分,被用在娱乐及古代的宗教仪式上。真菌可以分解人造物质,并使人类及其他动物致病。因真菌病(如稻热病)或食物腐败引起的作物损失对人类的食物供给和区域经济产生很大影响。

来源:《大自然探索》

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