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我們的盟友真菌

2014-09-10 14:04
大自然探索 2014年5期
關(guān)鍵詞:菌絲體保羅孢子

一提起真菌,很多人就會(huì)產(chǎn)生莫名的恐懼心理,科學(xué)家把這種現(xiàn)象稱作“真菌恐懼癥”。的確,真菌感染無處不在:霉菌會(huì)侵?jǐn)_一塊放久了的面包,一個(gè)正在腐爛的橘子,甚至為我們的天花板上色……然而,科學(xué)家卻從小小真菌中看到了諸多的有用之處。幾千年來,微小真菌是生產(chǎn)諸如面包、啤酒、豆腐乳等美味食品的重要酵母菌,而西方飲食中必不可少的“黃金乳品”——奶酪則來自大型真菌的力量,它們能加速發(fā)酵奶中風(fēng)味物質(zhì)的形成。

從生命進(jìn)化樹來看,真菌和動(dòng)物萌芽于同一分支,直到植物分化后很久,彼此才分離開來。所以,所有真菌都共享動(dòng)物的一些基本特征:吸入氧氣,吐出二氧化碳;和人類一樣很容易受到許多相同細(xì)菌的感染;通過消耗其他生命而不是通過光合作用獲取能量。真菌以其獨(dú)特的方式,將動(dòng)物、植物和地球編織在一起。

在很多人的眼里,像蘑菇這樣的真菌不過就是烹調(diào)美味食品的配料,或者是自己精心打理的草坪上的入侵者。但真菌學(xué)家卻對(duì)真菌抱有極大的期望:喜歡著床于木屑中的微小真菌,將在醫(yī)藥、環(huán)保材料、綠色燃料、污染控制等領(lǐng)域,改變整個(gè)世界的游戲規(guī)則?!罢婢俏覀兊拿擞?,沒有它們,地球就不會(huì)工作?!闭婢鷮W(xué)家保羅·斯蒂芬如是說。

深藏于地下的秘密

在森林的地面上,或濕滑樹樁的旁邊,生長(zhǎng)著一片片肥美的蘑菇傘。然而,正如保羅所說:“蘑菇傘只是冰山一角,真菌的90%都隱藏在地表之下。”

在美國俄勒岡州東部馬胡爾國家公園的一片古老森林里,“居住”著世界上最大的生物——一株學(xué)名為“奧氏蜜環(huán)菌”的巨型真菌。奧氏蜜環(huán)菌是美國西部最為常見的一種蜜環(huán)菌。奧氏蜜環(huán)菌主要在地下生長(zhǎng)和散布,而在地面上它的大部分是不可見的。只有在秋天,當(dāng)它長(zhǎng)出蘑菇時(shí),才會(huì)給出地下部分存在的可見證據(jù)。這株巨型真菌發(fā)現(xiàn)于1992年。據(jù)科學(xué)家推測(cè),它的年齡高達(dá)2000多歲(還有科學(xué)家猜測(cè),它的年齡近8650歲),因而成為地球上年齡最大的生物之一。不僅如此,它還刷新了地球最大生物的記錄——它在地下延伸的菌根占地面積達(dá)10平方千米,相當(dāng)于1350個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的足球場(chǎng),而此前人們公認(rèn)的地球最大生物是33.5米長(zhǎng)、200噸重的藍(lán)鯨。

真菌早在數(shù)億年前就開始占領(lǐng)地球表面,并逐漸確立了它們作為地球偉大分解者的地位。真菌就像建在地下的化工廠:菌絲體分泌酶,把有機(jī)物的長(zhǎng)鏈分子分解掉,然后它們從中吸取營養(yǎng)。菌絲體分泌的酶甚至還能將巖石分解成可吸收的礦物質(zhì),釋放到土壤里,然后被真菌大口大口地吃掉?!八鼈兪欠欠驳幕瘜W(xué)家?!北A_如此詩情畫意地描述真菌。

有一種真菌甚至被視為神物,它就是裸蓋菇。人如果吃了裸蓋菇,過不了多久,眼前的世界就會(huì)變得光怪陸離,人就開始手舞足蹈、又哭又笑。這是因?yàn)槁闵w菇中的裸蓋菇素會(huì)影響人的視覺和其他感覺的神經(jīng)受體,干擾神經(jīng)系統(tǒng)的信號(hào)傳遞,使人產(chǎn)生幻覺。不過,裸蓋菇的致幻效果比較溫和,一般不會(huì)致人死亡。數(shù)千年前,加勒比海地區(qū)的印第安人將這種蘑菇視為神物,用于祭祀與醫(yī)療,以獲得不同尋常的精神體驗(yàn)。

真菌通常都會(huì)以保護(hù)色生活在土壤里和腐殖質(zhì)上,與植物、動(dòng)物及其他真菌共生。大多數(shù)真菌還擁有自己的防御系統(tǒng),它們自身會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的抗菌素,以抵抗病原體,保護(hù)自己不受細(xì)菌、昆蟲和其他真菌的感染。它們甚至能夠防御天花。

未來的綠色環(huán)保材料

在保羅的實(shí)驗(yàn)室里,在肥大多汁的腐木上,生長(zhǎng)著大片大片的靈芝狀的木材腐朽菌。他說它們都是“優(yōu)秀的戰(zhàn)士”——為了爭(zhēng)奪美味多汁的腐木,木材腐朽菌會(huì)散發(fā)出大量化學(xué)物質(zhì)來限制其他菌種的菌絲體繁衍。所以保羅指出,單一的蘑菇菌種會(huì)給森林帶來毀滅性的病害。不過,作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,木材腐朽菌在森林生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的降解作用,能全部或部分降解木材中的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素,為昆蟲和鳥類提供營養(yǎng)。與此同時(shí),木材腐朽菌和一些昆蟲之間存在互助關(guān)系——昆蟲可以幫助傳播木材腐朽菌。在真菌物種之間也存在既相互對(duì)立又相互利用的關(guān)系。

在另一座實(shí)驗(yàn)室里,微生物學(xué)家加里·史特羅貝爾正利用木材腐朽菌研發(fā)生物燃料。十年前,他在玻利維亞北部的巴塔哥尼亞實(shí)地考察一片古老的森林時(shí),發(fā)現(xiàn)了被稱為“肉質(zhì)紫膠盤菌”的木材腐朽菌,這種紫色的真菌含有揮發(fā)性化合物,能與柴油中的類似化合物相媲美。

史特羅貝爾在實(shí)驗(yàn)室里用了三周時(shí)間,對(duì)不同的真菌不厭其煩地進(jìn)行排列、組合,結(jié)果將枯葉轉(zhuǎn)化成了有用的微生物柴油。制造生物燃料的常規(guī)方法是使用經(jīng)濟(jì)作物發(fā)酵產(chǎn)生生物燃料,如乙醇,而這種源自真菌的燃料可以從農(nóng)業(yè)廢料中提取。所以,史特羅貝爾指出,人類可能正進(jìn)入“真菌時(shí)代”。有朝一日,“真菌引擎”將飛速發(fā)展。

人們所熟知的包裝材料——聚苯乙烯是一種化學(xué)合成聚合物,含有對(duì)人體有害的潛在致癌物質(zhì)。最新研究發(fā)現(xiàn),利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品(如稻米、蕎麥和棉籽的殼和秸稈)與菌絲混合產(chǎn)生的真菌纖維,可以替代聚苯乙烯。也許在不久的將來,人們網(wǎng)購的東西送上門時(shí),將不再使用聚苯乙烯包裝,而是使用真正環(huán)保的真菌纖維。

塑料是一種奇跡材料,菌絲體材料更是令人不可思議。菌絲體具有良好的生物可降解性和相容性,只要給予不同的原料、溫度和濕度, 菌絲體就會(huì)以不同的密度、朝不同的方向生長(zhǎng),生長(zhǎng)成具有不同特性的材料。菌絲體材料擁有廣闊的應(yīng)用前景。目前,有科學(xué)家正利用菌絲體生產(chǎn)充當(dāng)骨骼的人造骨骼,以及電動(dòng)車和耐火絕緣泡沫膠的模壓部件。

未來世界的“救星”

保羅說:“菌絲的未來就是人類的未來?!彪m然這聽起來有點(diǎn)聳人聽聞,但他的公司——“完美真菌公司”目前已經(jīng)擁有超過30個(gè)真菌專利,其應(yīng)用涵蓋環(huán)境和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。保羅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。我們知道,真菌的力量主要隱藏在地下的菌絲中——菌絲在適當(dāng)?shù)臈l件下產(chǎn)生菌菇,菌菇以其巨大的力量從地下沖出,足以沖破柏油路面。

1998年,保羅領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了利用真菌清除柴油污染的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)對(duì)象是用柴油侵透了的幾張絨布,其芳香碳?xì)浠衔镂廴境潭冉咏?989年發(fā)生在阿拉斯加海灘的漏油事件。

他們對(duì)其中的一張絨布做酶處理,其余的做細(xì)菌處理,然后將菌絲注射在用酶處理過的絨布上。6周后,其他絨布變得又黑又臭,而用酶處理過的絨布上則生長(zhǎng)出了近百千克的牡蠣蘑菇——是酶將柴油中的碳?xì)浠衔镒兂闪颂妓衔?。接著,孢子生長(zhǎng)出來,孢子吸引來昆蟲,昆蟲產(chǎn)卵,卵變成幼蟲,然后鳥飛來吃蟲,同時(shí)帶來了植物種子……9周后,這塊絨布竟然變成了生命的綠洲。

下一步,保羅打算用真菌發(fā)明一種粗麻布,放到農(nóng)場(chǎng)或工廠的下游——那里通常會(huì)產(chǎn)生大腸桿菌和其他有毒廢物——用以修復(fù)生態(tài)。

保羅說,如果我們想用一個(gè)快速而簡(jiǎn)單的辦法解決人體健康、環(huán)境退化和氣候變化等問題,我們真的需要接受真菌兄弟的幫忙。

小真菌的大世界

在真核生物中,真菌自成一界,與植物、動(dòng)物和原生生物相平行。真菌包括一大群無葉綠素、依靠細(xì)胞表面吸收養(yǎng)料的真核微生物。真菌學(xué)通常被視為植物學(xué)的一個(gè)分支。但事實(shí)上,真菌和動(dòng)物之間的關(guān)系要比和植物之間的關(guān)系更加親近。

至今,科學(xué)家們?nèi)圆磺宄婢诘厍蛏洗嬖诹硕嚅L(zhǎng)時(shí)間,對(duì)真菌的起源也沒有確切的結(jié)論。

地球上有約150萬種真菌,按照形態(tài)通常被分為三類:酵母菌、霉菌和蘑菇。酵母菌是單細(xì)胞真菌,呈圓形或卵圓形,直徑為3~15微米,以出芽方式繁殖,芽生孢子成熟后脫落成獨(dú)立的個(gè)體。霉菌和蘑菇(大型真菌)是多細(xì)胞真菌,由菌絲和孢子組成。形態(tài)不同的菌絲和孢子是鑒別真菌的重要標(biāo)志。大型真菌由菌柄、菌蓋和產(chǎn)生孢子的菌褶三部分組成。菌蓋高于地面,這樣散落的孢子就可以被氣流帶走。菌柄的底部有許多被叫作菌絲的細(xì)線,蘑菇就是通過它們來尋找養(yǎng)料的。

真菌的分布遍及全世界。不過,大部分真菌都很小,且以保護(hù)色生長(zhǎng)在土壤里和腐殖質(zhì)上,或與植物、動(dòng)物及其他真菌共生,并不顯眼。只有部分蘑菇和霉菌在產(chǎn)生孢子后會(huì)變得比較顯眼。

真菌在有機(jī)物質(zhì)的分解中扮演著極其重要的角色。很久以前,真菌便被當(dāng)作食物(如蘑菇及松露)、面包膨松劑及各種食品(如葡萄酒、啤酒及醬油)的發(fā)酵劑。20世紀(jì)40年代后,真菌開始被用來制造抗生素,現(xiàn)在運(yùn)用在工業(yè)上的許多酵素都是由真菌制造的。真菌還被當(dāng)作生物農(nóng)藥,用來抑制雜草、植物疾病及害蟲。真菌中的許多種類會(huì)產(chǎn)生有生物活性的物質(zhì),稱為霉菌毒素(如生物堿和聚酮),它們對(duì)包括人類在內(nèi)的動(dòng)物來說都是有毒的。一些種類的孢子含有精神藥物成分,被用在娛樂及古代的宗教儀式上。真菌可以分解人造物質(zhì),并使人類及其他動(dòng)物致病。因真菌?。ㄈ绲緹岵。┗蚴澄锔瘮∫鸬淖魑飺p失對(duì)人類的食物供給和區(qū)域經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生很大影響。

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