土壤真菌可能有助于解释森林多样性的全球梯度

发表在《自然通讯生物学》上的一篇论文使人们越来越认识到微生物在从人类消化到农作物产量的各个方面所发挥的巨大作用：土壤中的微生物(在本例中为真菌)似乎正在影响全球范围内的森林多样性。

地球上的森林从赤道到两极呈现出明显的梯度：赤道附近的热带森林往往包含大量不同的物种，而靠近两极的森林则支持较少的植物多样性。

对这种现象的一种解释是，包括细菌和真菌在内的土壤病原体有助于形成这种梯度。物种特异性病原体在成年树木附近积聚，其丰富程度会降低幼树在父母附近生长的成功率，从而促进物种多样性。这种效应在温暖潮湿的气候中更为强烈，从而导致赤道附近的森林具有更大的多样性。

然而，由瑞士苏黎世联邦理工学院首席科学家卡米尔·德拉沃(CamilleDelavaux)领导的一项新研究为这个既定的故事增添了一个转折。菌根真菌——与全球大多数植物根部形成互利关系的土壤真菌——似乎正在以影响全球森林多样性格局的方式抵消有害土壤病原体的影响。

马里兰大学地理与环境系统教授马修·贝克(MatthewBaker)说：“这篇论文提供了一种额外的机制，可能有助于解释为什么森林组成多样性随纬度而变化，并更多地解释微生物如何调节整个地球的多样性模式。”，巴尔的摩县(UMBC)和这项新研究的合著者。

微生物影响树木多样性

这些共生真菌的两个主要类别，外生菌根和丛枝菌根，可以提高幼虫的存活率。然而，Delavaux及其同事的论文发现，外生菌根真菌具有更明显的效果。外生菌根真菌在植物根部周围形成鞘，研究人员认为这可以直接保护植物免受病原体侵害。外生菌根在高纬度地区更为常见，而且它们也更有可能成为支持单一树种的专家。

丛枝真菌在赤道附近更为常见，它们对病原体的保护作用可能较差。他们也不太可能专门研究特定的树种。这意味着他们更有可能鼓励不同的树种在附近生长。

这篇新论文发现了丛枝真菌的多样性促进作用和外生菌根真菌的多样性减少作用的初步证据，“这似乎表明这些机制很可能在驱动全球树种生物多样性模式方面发挥作用，”贝克解释道。

研究小组的发现与之前对这些真菌的了解相结合，可以解释与纬度相关的森林树木多样性的众所周知的模式。“这令人兴奋，”贝克说。“生物多样性的全球模式可能不仅仅源于树木与其病原体之间的对抗关系，还源于与土壤中真菌的共生关系。”

全球森林科学网络

“这些发现之所以成为可能，是因为史密森学会森林全球地球观测站(ForestGEO)网络管理着一个令人印象深刻的全球森林地块网络，”Delavaux解释道。要成为该网络的成员，ForestGEO站点的研究人员必须承诺每五年清点其地块中的树木，这需要记录直径至少为一英寸的地块边界内每棵树的大小和精确坐标。一些网站还使用网络建立的标准化协议收集有关野生动物、土壤微生物群等的数据。当前的研究使用了全球77个ForestGEO地块中43个的数据，其中包括UMBC主校区的一块地块。

贝克说，该网络“反映了科学界人士为更大的利益而汇集资源的意愿”。在UMBC的案例中，由研究生AnitaKraemer领导的学生志愿者收集了绝大多数数据。

不同的森林，不同的微生物

UMBC的两块6.25公顷(约15英亩)地块在其他方面也很独特：它们是第一批城市、温带ForestGEO地块，它们于2012年在地理和环境系统教授、联合创始人ErleEllis的倡议下加入该网络。-新论文的作者、研究生乔纳森·丹多伊斯(JonathanDandois)。丹多瓦完成了他的博士学位。2013年获得地理和环境系统博士学位，现任约翰霍普金斯大学地理信息系统经理。

UMBC地块包括森林边缘(毗邻网球场、停车场和游泳池等校园设施)，除了本地植物外，还包含各种外来物种。因此，这些地块单位面积的物种多样性超过了其他温带森林，并与网络中的一些热带森林地块相媲美。这些观察结果推动了贝克最近关于城市森林的研究。

关于真菌在全球森林结构中的作用的新发现可能只是了解微生物如何驱动全球生物多样性模式的开始。贝克说：“科学界正处于了解不同类型土壤微生物的多样性及其在地球上的分布的学习阶段，像德拉沃博士这样的研究人员正在扩大我们的理解。”

德拉沃对继续开展相关工作感到兴奋。“未来的研究将利用现有的树木普查数据，并从30个地块生成额外的微生物基因测序数据，将微生物组与植物群落结构直接联系起来，”她说。

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