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张伟

2026年8月15日

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在健康的地表之下，随手取一小勺泥土，其中隐藏的真菌菌丝大约有10米长。

2026年6月，一项刊登于《科学》杂志的研究中，科学家首次在全球范围内评估了丛枝菌根真菌（AMF）菌丝网络的规模。

根据他们的测算，全球表层土壤中活体菌丝的总长度约为11亿亿公里，这一数字相当于地球到太阳距离的7400万倍。这些菌丝所含的碳量约为3亿吨，是全球人类体内碳总量的4到6倍。

真菌版地球地图 | SPUN

我们常将地球称为水球，因为海洋覆盖了其表面约71%的面积。

但如果将视角从地表转向地下，地球更像一颗“蘑菇球”——脚下的土壤中遍布菌丝，它们穿过泥土颗粒间的缝隙，侵入植物根系，将不同植物的根连接成一张地下网络。

这张庞大的真菌网络，人类直到今年才绘制出它的首张粗略地图。

为真菌地下网络绘图

领导这项研究的是来自地下网络保护协会（SPUN）的贾斯汀·斯图尔特。“地下网络保护协会”听起来像神秘组织，但实际上是一群专注于研究和保护地下真菌网络的学者。

这次地图的主角是丛枝菌根真菌——它们与我们食用的蘑菇有何关联？

地下的丛枝菌根菌丝几乎无处不在 | Loreto Oyarte Gálvez / VU Amsterdam, AMOLF

它们都属于真菌这个庞大类群，酵母和霉菌也在其中。许多真菌的身体由细长的菌丝组成，菌丝不断延伸并分枝，交织成菌丝体。我们吃的蘑菇是某些真菌形成的繁殖结构，称为子实体，负责产生和释放孢子。这些真菌还有大量菌丝生长在土壤或木材中，通常不易被察觉。

丛枝菌根真菌同样以菌丝生长，与植物根系共生：一部分菌丝伸入土壤，另一部分进入植物根部，在根细胞内形成反复分枝的微小结构，形似小树，因此得名“丛枝”。植物为它们提供糖和脂类，而它们则将土壤中的磷等养分输送给植物，通过这种交换维持合作。

为制作这张真菌地图，研究团队整合了全球322项已发表研究的数据，涵盖九大生物群落和超过16000个土壤样本。但地球过于庞大，这1万多个样本如同撒下的胡椒面，其中带有地理坐标且能用于建模的野外样本仅1800多组，覆盖全球846个陆地生态区中的100个。于是，团队训练了一套机器学习模型，利用现有样本及气候、植被、土壤类型等环境变量，推算那些从未被采集的地区的情况。

根据培养皿中的菌丝估算体积和含碳量的换算 | Stewart et al.,2026

要将菌丝长度换算成生物量，还需知道菌丝的粗细。

研究者在实验室中用胡萝卜的转化根培养了3种常见的丛枝菌根真菌，让它们在培养皿中长出完整菌丝网络。随后，他们用机器人成像系统测量了超过30万次菌丝宽度，得出菌丝平均半径约为2.7微米。有了粗细数据，再乘以长度，即可算出菌丝的体积和含碳量。

最终，他们绘制出一张覆盖全球陆地、分辨率为每平方公里的菌丝密度地图，并配套上线了交互式在线浏览工具。用户可放大至所在区域，查看地下菌丝的密度。

全球菌丝密度预测地图中中国部分地区的截图 | SPUN

这张地图显示，草原生态系统承载了全球约40%的丛枝菌根真菌生物量。南苏丹的苏德沼泽、美国佛罗里达的大沼泽地和中国的青藏高原草原，都是菌丝密度极高的区域。森林中同样有丰富的菌根网络，但温带和寒带森林的树木多与外生菌根真菌合作，未纳入本次统计。

坏消息是，实测数据显示，农田的菌丝密度比非农田低约47%，几乎只有一半。翻耕会搅碎土壤中的菌丝网络；施用化肥后，植物更易获取养分，分给真菌的碳减少；杀菌剂也可能在消灭病原真菌的同时，杀死有益真菌。而草原被开垦为耕地的速度是森林的4倍。这些全球菌丝密度最高的生态系统，正以最快的速度消失。

来自远古的交易

丛枝菌根真菌与植物之间的关系，比地球上绝大多数生物的演化史都要久远。

化石证据表明，约4.5亿年前，第一批植物从水中登陆时，真菌已经存在。那时陆地表面缺乏充足的土壤、腐殖质和落叶层，磷被锁在矿物中，但早期植物尚未长出真正的根，对岩石几乎无能为力。

真菌菌丝的网络结构 | Corentin Bisot / VU Amsterdam, AMOLF Justin Stewart / SPUN

但真菌有办法。

真菌菌丝的直径通常不足10微米，约为人类头发的十分之一到五十分之一，能钻入岩石缝隙和植物根系无法触及的土壤微孔隙。于是，植物与真菌达成交易：丛枝菌根真菌的菌丝进入植物根部的皮层细胞，在细胞内形成树枝状的丛枝结构。通过丛枝，植物将光合作用产生的糖和脂类输送给真菌，真菌则利用这些碳维持生长和代谢。作为回报，真菌从土壤中搜刮磷、氮和水分，通过菌丝运输给植物。

在苏格兰莱尼燧石层约4.07亿年前的化石中，一种尚未长出根的早期植物，其茎轴组织内部已存在典型的丛枝结构，与今天的活体标本几乎一致。可以说，植物的登陆离不开真菌的帮助。

含有完整丛枝结构的植物细胞 | PALAEOBOTANICAL RESEARCH GROUP / UNIVERSITYMÜNSTER

今天地球上约70%的植物物种，仍维持着与真菌的密切交易。在某些条件下，丛枝菌根真菌最多可提供植物所需磷元素的80%，并将根部的有效觅食范围扩大100倍。

同一菌丝个体的网络还可同时连接多株植物的根系，形成公共菌根网络，碳和营养物质可通过网络在不同植物间流动。2010年，华南农业大学的一项实验发现，当番茄植株感染早疫病菌时，附近通过菌根网络连接的健康植株也共享了信息，防御酶活性上升，并提前激活了6个防御基因，在未被感染前就开始备战。

碳和营养物质在菌丝网络中的流动速度如何？去年，该研究的部分作者曾在《自然》杂志上发表封面文章，他们用延时摄影追踪碳在菌丝管道内的流动速度——最快可达每秒120微米。

这个速度看似龟速，但考虑到菌丝直径仅几微米到十几微米，若将一个人缩小至菌丝内部，体感速度约等于每小时400公里，相当于高铁的速度。

一根比发丝还细的管子里，碳以高铁的体感速度在网络中运送。而今年发表的这篇论文又计算出，这样的菌丝版“高铁轨道”在全球总长高达11亿亿公里，远超人类的任何基建。

真菌什么都知道

丛枝菌根真菌不会长出我们熟悉的蘑菇，但另一类菌根真菌——外生菌根真菌会，它们的菌丝包裹在树根外，同样在地下织成网络。

我们平时看到的蘑菇，只是真菌露出地面的一小部分，真正的真菌本体是地下的菌丝网络。

在今年发表的另一项研究中，日本的一个团队走进树林，打算给蘑菇装上电极，再向蘑菇旁浇水和撒尿，观察蘑菇的反应。

他们找到了37朵外生菌根真菌的蘑菇，均属滑锈伞属。研究者在每朵蘑菇上安装电极，分别向周围土壤加入自来水或人类尿液（来自研究者自己），同时每秒钟记录一次蘑菇的电信号变化，整个观测持续了三天半。

蘑菇被贴上了电极 | Yu Fukasawa et al., 2026

为何用尿？因为这类蘑菇属于氨真菌生态类群，在土壤氨浓度升高时特别活跃。尿液中含有大量尿素，土壤微生物会将其分解为氨。也就是说，这些蘑菇爱吃尿的副产品。

在无任何刺激时，研究者分析了37朵蘑菇电位变化的时间序列，发现一朵蘑菇的电位变化能在统计上预测另一朵随后的变化，表明它们之间存在信息流。距离越远、亲缘关系越远，信息流越弱，但这种流动并不局限于同一真菌个体，甚至能跨越物种。

他们发现，当只给一朵蘑菇脚下浇水时，蘑菇间的信息流增强，似乎在向同伴传播信息。但当同时给所有蘑菇浇水时，信息流反而下降。科学家的解释是，如果所有蘑菇都收到相同刺激，整个网络已知晓情况，便无需相互传递信息。

至于尿液，研究者原本预测它会引发比清水更强的反应，但3次加尿对蘑菇间的信息流几乎没有影响。作者解释称，当时是10月下旬，气温过低，尿素分解为氨可能需要5天以上，而整个记录仅持续了三天半，蘑菇或许尚未察觉。

蘑菇只是真菌的冰山一角 | Dominicus Johannes Bergsma / Wikimedia Commons

若问世界上最大的生物，许多人可能会猜蓝鲸。实际上，目前吉尼斯世界纪录中最重的单一生物体，是美国俄勒冈州马卢尔国家森林中的奥氏蜜环菌。

这一个真菌个体覆盖了近10平方公里，重量估算为6800至31750吨。

按不同扩展速度推算，研究者估计它已存在了1900至8650年。但这个庞然大物在地面上几乎不可见，只有在秋季，被其感染的树根处偶尔长出几朵小蘑菇，才能让我们窥见其身影。它的主体几乎都藏在地下，由密集的菌丝体和粗壮的根状菌索组成。

美国俄勒冈州马卢尔国家森林中的奥氏蜜环菌长出的小蘑菇 | Oregon Field Guide / OPB

这还只是单一个体。丛枝菌根真菌的网络由无数个体的菌丝在土壤中交叠、连接、延伸，组成了一张覆盖几乎所有陆地的系统。11亿亿公里的菌丝，所属类群比恐龙还古老，它们在过往的几亿年里持续运转，沉默地搬运碳和磷，连接着大多数陆地植物。

这个系统没有我们通常理解的大脑或神经系统，但它仍不间断地响应环境变化。人走过一片土地，脚步会压实土壤，改变孔隙结构，菌丝的生长空间也随之改变；人挖掘土壤，菌丝被切断，断裂的网络会逐渐修复或改变方向；人在土地上撒了一泡尿，尿素、盐分和含氮化合物渗入土壤，菌丝的化学环境发生变化，活动也会调整。

地图上的灰色区域是已采样地区，彩色区域标示出缺乏公开丛枝菌根真菌测序数据的生态区，超过70%的陆地生态区尚未进行真菌采样 | SPUN

尽管科学家对全球菌丝网络有了初步地图，但空白之处仍很多。在沙漠、苔原和热带雨林，模型的不确定性最高，许多区域的菌丝规模完全靠推测。但仅凭已有数据，就已能肯定：在每一片草地、每一座森林、每一块农田的地下，菌丝都在运行。

当我们不经意间走过草地，甚至在上面玩耍、打滚、撒尿时，我们以为无事发生，其实地下的菌丝网络早已知晓了一切。爱游戏娱乐平台也提醒我们关注这些微小却庞大的生命网络。

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本文来自微信公众号“果壳”（ID：Guokr42），作者：猫吞，编辑：翻翻，36氪经授权发布。