如果你喜欢吃松露、牛肝菌和鸡油菌，那你一定是吃了一种外生菌根真菌。这些真菌与植物——包括松树、桦树、橡树和柳树——形成共生关系，它们已经存在了数百万年，它们庞大的菌丝支撑着整个生态系统。
斯坦福大学的研究人员收集了几十个北美森林的土壤样本，包括科罗拉多的派克国家森林。他们利用这些样本来更好地了解气候变化对控制森林健康的共生土壤微生物的影响。(图片来源:Kabir Peay)
斯坦福大学的研究显示,1月21日发表在《生物地理学杂志》上,到2070年,气候变化可能会导致当地的损失超过四分之一的真菌真菌物种从北美松林的350万平方公里——阿拉斯加面积的两倍。
“这些是对森林功能和健康至关重要的生物体，”斯坦福大学人文科学学院生物学副教授、该研究的资深作者卡比尔·皮伊(Kabir Peay)说。“我们有证据表明，这些真菌和其他生物一样对气候变化敏感，它们的反应可能更重要。”
此前，Peay实验室已经绘制了树木与不同类型的共生真菌相关联的森林的全球分布图，发现目前地球上超过60%的树木与外生菌根真菌相关联。现在，通过更多地了解这些真菌在不同气候下形成的群落，研究人员预测了未来气候变化可能会如何影响它们。
微生物的地图
几年来，Peay实验室从68片松树林中收集了大约1500份土壤样本，这些松树林代表了从佛罗里达到阿拉斯加的北美大片地区。在过去的工作中，他们对每个样本的DNA进行测序，以了解哪些真菌物种生活在土壤中，以及真菌的数量有多少。他们之前发表的研究结果表明，真菌在每个地区都是不同的，这与一个普遍的假设相矛盾，即这些群落在世界上大多数地方看起来是相似的。随后，他们绘制了世界各地树木与共生微生物之间的联系图。
绘制森林微生物共生图谱
在他们的最新论文中，Peay实验室的博士后学者Brian Steidinger探索了这些地理真菌模式和历史气候数据之间的关系。
“我们从每个地点独特的核心和气候数据中提取土壤，”该研究的主要作者Steidinger说。“我们发现，气候是目前北美地区真菌多样性模式最重要的预测因素。”
Steidinger还发现，北美不同地区的真菌多样性有着独特的最佳温度。例如，寒带针叶林的多样性在平均年温5℃左右达到峰值，而东部温带针叶林的多样性在20℃左右达到峰值。
根据政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on climate change)对气候变化的预测，研究人员随后利用这些数据来预测未来的多样性。由于真菌多样性最佳气候的区域差异，一些森林，特别是北部和西北部的森林，真菌多样性可能会大幅度减少。
“根据我们的模型，未来50年的气候变化可能会消灭北美350万平方公里松林中超过四分之一的外生菌根物种，”Steidinger说。“面积是阿拉斯加的两倍。”
其他地区，如东部温带森林，可能会有30%到50%的增长——假设开发新物种和失去新物种一样容易。
皮伊说:“令人震惊和有点可怕的是，我们预测，北美西部地区的真菌多样性将会有相当大的减少，这在文化上是众所周知的，对于那些有兴趣收集可食用蘑菇的人来说也是如此。”
缓冲气候变化
外生菌根真菌在寄主的根周围形成一个鞘，可以帮助防止腐蚀和保护根免受损害和疾病。真菌似乎通过减缓分解和鼓励土壤的积累来增加土壤中的碳储存。它们还能帮助寄主树木生长得更快，从而吸收更多的碳——通过提高它们吸收氮的能力，这是它们生长所需要的。
“就生态系统功能而言，特别是缓冲气候变化对大气的影响，外生菌根真菌是你最不想失去的微生物之一，”Steidinger说。“我们预计会失去那些看起来功能最强大的物种——那些酶活性最强的物种，那些搜寻食物最远的物种。”
在这项工作的基础上，研究人员正在考虑研究真菌多样性低的森林，并进行实验，以更好地了解这些改变了的真菌群落在未来可能如何发挥作用。
“对于微生物组的研究，我觉得我们正处在一个新发现的时代，”Peay说。“就像达尔文和华莱士乘船去新的地方，看到新的事物，改变他们看待世界的方式，这就是这个领域正在发生的事情。”
这篇论文的共同作者包括来自波士顿大学、杜克大学和加州大学伯克利分校的研究人员。皮伊也是光子科学理事会的光子科学副教授，斯坦福伍兹环境研究所的高级研究员和斯坦福Bio-X的成员。这项研究是由国家科学基金会资助的。
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