（原標題：土壤真菌：細菌的高速公路和約會橋梁）

　　圖片來源：TheAlphaWolf Wikimedia (CC BY-SA 3。0)

　　對細菌而言，在污泥中游動并不容易。在水中的細菌依靠水可以自由游動，但是泥土中充斥著氣穴和干顆粒物（毫無疑問這些東西對細菌而言就是龐然大物了），都會擋住細菌前行的道路。

　　不過，最新研究表明真菌的絲狀物可以充當細菌在泥土中快速行進的高速公路。細菌因此可以比任何情況下行進地更遠、更快。這條高速公路還有一個有意思的副作用：提供約會服務。

　　細菌是目前數量最龐大、多樣性最高的土壤微生物。一克典型土壤中有大約100，000，000個細菌，涵蓋大概100，000個物種（一克約三分之一盎司）。同樣，如此微小克數的土壤里也含有長達幾英里的真菌絲狀物，即菌絲（英文hyphae，讀作HI-fee）。這是我去年在Radiolab上提到過一個的現象。雖然細菌的數量超過真菌，但是絲狀真菌在泥土中的比重遠勝于細菌，并且占據土壤微生物質的74%。

　　細菌在土壤中面對著快速變化的條件：溫度、濕度、食物和毒性都可能波動。它們應對變化最重要的工具并不是DNA突變，而是，細菌的“性”。細菌并不像大多數動物一樣批量通過卵子和精子的結合組建基因組。相反，通過細菌之間的對接通道，它們在被稱為質粒的DNA小圓圈上交換一個或幾個基因（即接合過程）。盡管數量很少，但是這些基因可以編碼出擁有強大能力的蛋白質，如具有抗生素抗性。這種交換在業界被稱作“水平基因轉移”，因為這些交換所包涵的基因轉移是非親緣生命體之間的，而非從親代到子代。

　　然而，這種情況的發生需要細菌互相接近——非常地接近。實驗表明必須在兩微米范圍內細菌才能探測到另一個細菌。實現距離兩微米通常是不可能的，除非細菌可以在水中游或者漂到對方那里。然而如上所述，土壤經常充滿空氣和其他障礙物。那么，微生物是如何做到互相接近的呢？

　　事實證明，真菌即答案。德國科學家團隊發表在Scientific Reports上的最新研究揭開了這個謎底。有些奇怪地是，該團隊用于測試“真菌高速公路”假說的生命體實際上并不是真菌，而是一個可以在電視上搞個大新聞的生物體：一種被稱為終極腐霉的卵菌（卵菌的英文是oomycete，讀作oh-oh-MY-seat）。盡管它們和真菌并不密切相關，但是卵菌——也被稱作水霉菌——形態和行為都和水霉菌類似，曾經導致了愛爾蘭馬鈴薯饑荒，時至今日仍會致使許多作物枯萎。從該研究的目標來看，作者顯然考慮到了卵菌和真菌功能上的一致，畢竟這一點在大多數植物身上得到了驗證。

　　研究人員從兩種細菌菌株入手。這兩種菌株要么發出紅光（含有供體質粒的親本菌株），要么一點紅光都無法發出（受體菌株）。紅色熒光菌株的一個質粒上包含編碼綠色熒光蛋白的基因，同時該基因在紅色親本菌株中被抑制。但是如果紅色熒光細菌通過細菌性行為將該質粒傳遞給非發光親本菌株，那么受體細菌將發出綠光。

　　將兩個親本譜系的細菌分別置于由400微米空氣隔開的果凍樣瓊脂片上（實驗室培養細菌的標準平臺）。腐霉沉積在瓊脂上，然后通過生長菌絲將兩瓊脂片橋接起來。

　　在無腐霉的對照組中，沒有綠色細菌出現。但是在含有腐霉的培養基中，發綠光的細菌毫無困難地出現在橋接兩個親本培養基的絲狀物上。

　　代表細菌交配（接合）的紅色親本細菌和綠色子代細菌涂滿了腐霉這條跨越兩個親本細菌培養基之間空氣間隙的絲狀物。圖片來自：Berthold等人，2016。

　　科學家們想進一步區分在不同移動難度的土壤里真菌絲對促進細菌性行為的重要性。為此，他們以三種不同的方式制備了實驗室瓊脂凝膠，從而使得細菌在其中的移動由容易到中等難度再到困難。接著他們在這些培養基上測試了細菌在有無腐霉情況下的交配能力。在細菌容易移動的環境中，腐霉的存在并沒有比其缺失引發更多的水平基因轉移。

　　但是當凝膠上生長的細菌很難游動時，細菌就會扎堆出現在腐霉的絲狀物上。因而，它們的交配次數增加，只是因為細菌們更有可能相互碰到。該實驗指出了真菌高速公路是促進結合的首要原因。作者寫道：真菌高速公路減少了細菌移動所需的水量，從而增加了細菌相遇的幾率。

　　因此，作者在文中這樣寫道，真菌有可能是細菌多樣性進化的重要起因，而且真菌第一次在地球或土壤出現可能刺激了隨后細菌進化的爆發。這些發現也有助于解釋為什么樹根周圍的土壤是細菌進化的熱區，因為根系被共生真菌包裹著。顯然各處土壤真菌漫長而潮濕的絲狀物讓細菌能夠在地表下的快車道縱橫穿梭，就如夜色中前行的船只充分利用它們擁擠的航線去碰碰運氣。

　　參考文獻：

　　Berthold， Tom， Florian Centler， Thomas Hübschmann， Rita Remer， Martin Thullner， Hauke Harms， Lukas Y。 Wick。菌絲作為土壤細菌中水平基因轉移的關鍵因素。 Scientific Reports 6 (2016)。

　　本文觀點僅代表作者，不代表《科學美國人》。

　　（翻譯：趙小娜；審校：楊玉潔）