圣海倫斯火山（圖片來源：Lyn Topinka, Public domain, via Wikimedia Commons）

影響長達數十年。

菌絡萬象

——看真菌如何影響世界，接入心識，變幻未來

改寫地球歷史的25種石頭

——人人都能讀懂的地質學實話

撰文 |黃雨佳

審校 | 二七

1980年5月18日，美國華盛頓州的圣海倫斯火山（Mount St. Helens）突然爆發，噴出了150萬噸二氧化硫和5.4億噸火山灰，成為了美國歷史上最具破壞性的火山爆發事件之一。高溫直接摧毀了火山口方圓10千米以內的植被；而更遠處，巨大的沖擊波橫掃大地，將大片森林夷為平地。浮巖和火山灰一直蔓延至距離火山口數百千米外的區域，喀斯喀特山脈（Cascades Mountains）超過350平方千米的針葉林和山地棲息地化為廢墟。

這場火山噴發的破壞力不僅限于地表，對地下生態系統的影響同樣深遠。原本活躍的土壤微生物幾乎被滾燙的火山灰消滅殆盡，同時，火山灰讓土壤變得更偏酸性，地下生態功能嚴重受損，進一步抑制了植被生長。即便在噴發兩年后，這片土地仍然荒蕪一片，難覓生命的蹤跡。盡管偶有鳥類帶來植物種子，但在這片貧瘠的土壤中，種子生長十分艱難，只能見到零星分布的植株。

美國猶他州立大學（Utah State University）的科學家邁克爾·F.艾倫（Michael F. Allen）和詹姆斯·A.麥克馬洪（James A. MacMahon）猜想，雖然這里的表層土壤已經被摧毀，但深層土壤中可能還保留有活著的細菌和真菌，它們或許能成為推動植被恢復的希望。然而，如果真菌的繁殖體在厚厚的火山灰下埋得太久，它們也可能會死亡。那么，如何在它們徹底消失前挽救這片土地呢？

艾倫和麥克馬洪提出了一個大膽的想法：如果能將土壤深處殘存的細菌和真菌“挖”到表層，能不能幫助這片土地重啟生態恢復的過程？于是，他們把目光投向了一種以挖洞能力聞名的動物——北部囊鼠（Thomomys talpoides）。這種小型囊地鼠原產于北美，渾身覆蓋著棕色長毛。據說，每只北部囊鼠每月能松動多達227千克的土壤。

北部囊鼠（圖片來源：Henggang Cui, CC0, via Wikimedia Commons）

為了驗證這一猜想，他們在被火山灰覆蓋的特定區域放置了一些北部囊鼠，并僅讓它們活動一天。在近期發表于《微生物組前沿》（Frontiers in Microbiomes）的一篇論文中，他們評估了這一試驗的長期影響。出乎意料的是，短短一天的試驗竟然給這片土地帶來了持續數十年的深遠影響。

北部囊鼠的力量

1982年9月和1983年8月，艾倫和麥克馬洪踏上了圣海倫斯火山以北的浮巖平原（Pumice Plain）。這片區域位于精靈湖（Spirit Lake）上方，覆蓋著超過20米厚的火山灰，荒蕪得幾乎沒有生命跡象，僅有幾株太平洋羽扇豆（Lupinus lepidus）零星生長。

在浮巖平原和另一處被火山噴發夷為平地的區域，艾倫和麥克馬洪各設置了一平方米大小的鐵絲網圍欄，各圍住一株太平洋羽扇豆，并分別放入一只在當地捕獲的北部囊鼠。兩只北部囊鼠在圍欄中僅待了24小時，期間它們自由活動，隨后便被移走。令人驚訝的是，一段時期后，圍欄中的太平洋羽扇豆就長出了叢枝狀菌根（AM），而圍欄外的植株則沒有出現類似的變化。

菌根是植物根系與真菌形成的一種共生結構，對于植被的恢復至關重要。因為大多數植物無法單靠自身有效獲取所有需要的養分和水分，而需要依賴于這些微小但功能強大的真菌伙伴。直徑僅幾微米的菌絲會在土壤中形成龐大的網絡，利用其巨大的表面積從環境中汲取水分和養分并輸送給植物。與此同時，這些共生體還能幫助植物抵御土壤中的病原體。作為回報，植物會為真菌提供生長所需的含碳有機物。

圍欄中的北部囊鼠（圖片來源：原論文）

實驗結束6年后，艾倫和麥克馬洪發現，曾放置北部囊鼠的地塊與未放置的地塊之間已呈現出截然不同的景象。那些北部囊鼠短暫造訪過的地塊上，已郁郁蔥蔥地生長出約4萬株植物，甚至吸引并恢復了本土的北部囊鼠種群；而未曾放置北部囊鼠的區域則依舊荒涼。

北部囊鼠之所以能對生態恢復產生如此巨大的影響，關鍵在于它們的挖洞和翻土行為。通過這些活動，它們將深層土壤與地表火山灰充分混合，把對于土壤生態至關重要的真菌、種子和昆蟲帶到地表。此外，北部囊鼠的糞便中也含有真菌、真菌孢子以及植物種子，它們的排泄行為給這片土地帶來了生機。

不僅如此，火山灰顆粒較大，與深層土壤混合后形成的土壤混合物具有良好的透氣性，非常適宜植物生長。正因如此，在這種土壤中生長的植物往往更加健康繁茂。艾倫等人的觀察也印證了這一點：相比之下，北部囊鼠未造訪的土壤中長出的植物常常會變得枯黃。

但最讓艾倫團隊感到震驚的是，北部囊鼠僅僅24小時的活動所產生的影響，并不僅僅局限于最初的幾年。這些變化竟然持久地影響著這片土地的生態環境，甚至延續至今。

持久的影響

2014年7月，艾倫和麥克馬洪再次踏上這片熟悉的土地，對浮巖平原試驗區和非試驗區的土壤進行了采樣。作為對比，他們還前往了一片距離浮巖平原不遠的區域——“熊草甸”（Bear Meadow）。這片地區同樣在1980年被厚厚的火山灰覆蓋，但因歷史原因呈現出兩種截然不同的景觀：一部分因采伐早已變成草甸，另一部分則保留著古老的森林。研究人員分別從這兩種景觀中采集土壤樣本，與浮巖平原的樣本一同送回實驗室，分析它們的化學和微生物組成。

在化學成分分析中，他們重點關注了土壤中的碳和氮含量，這些指標與土壤中的微生物含量相關，因為微生物能將氨轉化為有機氮固定在土壤中。結果顯示，浮巖平原區域的土壤碳和氮含量普遍低于熊草甸的森林區域。然而，在浮巖平原內部，曾經放置過北部囊鼠的試驗區土壤中的碳和氮含量顯著高于未曾放置囊鼠的普通區域。這意味著，40年前那只僅僅待了24小時的北部囊鼠，為這片土地注入了更持久的生機。

圣海倫斯火山及周邊地區的地圖，圖中顯示了浮巖平原（Pumice Plain）、精靈湖（Spirit Lake）和熊草甸（Bear Meadow）所在的位置（圖片來源：原論文）

而對土壤中的微生物DNA分析結果表明，曾經放置北部囊鼠的試驗區域與未放置囊鼠的普通區域，其土壤中的微生物群落組成有明顯差異，試驗區域的細菌和真菌多樣性甚至超過了熊草甸的森林區域。尤其是在試驗區域，叢枝狀菌根的多樣性顯著增加。這一結果表明，北部囊鼠不僅改變了土壤的化學成分，還在微生物群落的長期演替中扮演了關鍵角色。

這項研究還再次印證了微生物對生態恢復的重要性。1980年火山噴發之前，熊草甸的森林區域主要覆蓋是松樹、云杉和冷杉等針葉林。火山灰的覆蓋導致這里大量針葉脫落，科學家一度擔心這片森林將徹底消失。但出乎意料的是，森林區域的恢復速度非常快，某些區域的樹木幾乎在災后立即開始生長，伐木區卻依然貧瘠。研究人員認為，這種差異與脫落的針葉密切相關，它們滋養了土壤中的真菌，從而幫助樹木迅速再生。

這項研究提醒我們，自然界中萬事萬物都緊密相連。無論是肉眼可見的植物和動物，還是微小到無法直接感知的微生物，它們都可能成為生態恢復的關鍵力量。

https://www.frontiersin.org/journals/microbiomes/articles/10.3389/frmbi.2024.1399416/full

https://www.tandfonline.com/doi/epdf/10.1080/00275514.1988.12025615

https://www.universityofcalifornia.edu/news/how-gophers-brought-mount-st-helens-back-life-one-day

https://link.springer.com/chapter/10.1007/0-387-28150-9_15

菌絡萬象

[英]默林·謝爾德雷克 / 著 ， 羅丁豪 / 譯 ，周松巖 / 審校

后浪，2024.10

十多億年來，真菌分解巖石，制造土壤，降解污染物，在太空中生存，除了供養也會置有機體于死地；它們生產食物，量產藥物，操縱動物的行為，致人產生幻覺，影響天氣，造出雨、雪、冰雹——須臾之間，數以億計的生命被它們改變。微小的酵母是真菌，重達數百噸、蔓延10平方千米的蜜環菌也是真菌；沒有真菌的協助，植物在5億年前也許不可能離開水體登上陸地；到了今天，地球上超過90%的植物都依賴菌根真菌的存在——植物和真菌之間的古老聯盟孕育了陸地上幾乎所有已知的生命。越了解真菌，越會認識到萬物的存續離不開真菌。而截至現在，人類已知的真菌可能還不足其總體的十分之一。

在這趟探入潮濕黑暗地下迷宮的尋菌之旅中，本書的作者默林·謝爾德雷克前往意大利追隨神秘的松露獵人和機敏小犬，在英國的實驗室“采訪”能在兩點之間找出最短路徑的多頭絨泡菌；他深入巴拿馬的熱帶雨林，一路上遇到了仿佛同樣由菌絲聯結在一起的生態學家、人類學家、 DIY 真菌愛好者和嘗試用真菌解決人類現實問題的新異創客。他把與真菌的種種奇遇收入書中，邀請讀者環顧日常，一起去把它們抓個現行——采蘑菇，買蘑菇，吃蘑菇；發面，釀酒，種植，創造——驀然回首，才發現，只要活著，真菌早就把我們抓了個現行。

改寫地球歷史的25種石頭

［美］唐納德·R.普羅瑟羅 / 著 ， 周敏 / 譯

后浪，2023.9

每一顆石頭都有自己的故事，它們都是地球歷史的見證者。本書精心挑選了25種動搖地質學根基、改寫地球演化史的巖石、露頭或地質現象，從經典露頭到月巖再到徹底改變我們對地球運作方式認知的板塊漂移，講述了科學家如何化身“偵探”，透過這些石頭，尋找關于地球歷史的蛛絲馬跡，撥開重重迷霧，偵破“地質謎案”。25個地質發現如同25塊拼圖，拼湊出地質史的全貌，串起地球的演化歷程。

每個地質發現的背后都凝聚著無數科學家的心血和汗水。作者無疑是講故事的好手，他還為我們述說了老普林尼為了考察火山而不幸身亡，威廉·史密斯坐過牢，魏格納為了證明“大陸偏移”葬身北極……他們傾其一生，執著如一，被質疑、遭誹謗，歷經各種困難，才終于真相大白。

全書以先提出謎題后進行分析的問答形式，帶領讀者追隨科學家的腳步，破解地質學上的重大謎團。

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