新的研究揭示了它們獨特的生物多樣性和氣候敏感性，強調了在不斷變化的氣候中了解和保護這些真菌的重要性。雲杉、松樹、冷杉和其他種類的樹木主宰著這片寒冷的廣闊土地，它們橫跨北美、北歐和俄羅斯，形成了一個環繞地球的巨大極地帶。這些北方森林代表了最廣闊的陸地生態系統，也是地球上最北端的森林。

在北方樹木的光合作用組織（或稱為”食光組織”）中，以及在它們之間鋪滿地面的雲狀地衣和羽毛狀苔蘚中，都隱藏著真菌。這些真菌是內生菌，也就是說，它們生活在植物內部，通常是互利共生的。

農業、生命與環境科學學院植物科學學院和理學院生態學與演化生物學系教授、Bio5 研究所成員貝齊-阿諾德（Betsy Arnold）說：「植物就是生活在真菌的世界裡。內生真菌對植物的健康至關重要，其作用方式尚不完全清楚，但我們從內生真菌中了解到的一般情況是，它們能很好地保護植物免受疾病侵襲，並幫助植物更好地抵禦高溫等環境壓力。它們是我們對植物認識的一場重要革命的一部分。”

在杜克大學的François Lutzoni（左）和亞利桑那大學的Betsy Arnold 的共同領導下，計畫小組乘坐DeHavilland Otter 飛行器從一個湖飛到另一個湖，專家飛行員Jacques Bérubé（中）為該計畫實地小組提供了前往偏遠地點的通道。圖片來源：Betsy Arnold

十多年前，阿諾德和她的團隊開始了長達一個月的探險，深入加拿大東北部的荒野，了解這些真菌物種如何適應不同的微環境，以及它們在未來氣候變遷下的生存狀況。

他們發現真菌之間存在著巨大的多樣性，而且它們以非常特殊的方式適應當地的條件，這意味著它們將對未來的氣候變遷非常敏感。由於真菌的健康與其宿主的健康密切相關，這些發現對未來北方森林和我們地球的整體健康都有影響。

“北方森林是地球碳循環和水循環的核心，」阿諾德說。”我們的工作突出表明，它們是世界上一些進化最多樣化的真菌內生菌的家園，而這些內生菌在其他地方是找不到的。”

Cladonia 是一種地衣，在名為Pleurozium 的苔蘚地毯上方幾英寸的地方長出一蓬白色的東西。與北方地帶標誌性的黑雲杉（Picea）一樣，它們也蘊藏著多種內生真菌，這些真菌在它們健康的組織中共生。圖片來源：貝茜-阿諾德

經過十多年的分析，他們的研究結果發表在《當代生物學》雜誌。

“我們的合作研究揭示了北方生物群落中新發現的內生真菌的多樣性及其對氣候的敏感性，”該研究的共同第一作者大分修造（Shuzo Oita）說，他在阿諾德的實驗室完成了博士學業，現在是住友化學株式會社的研究科學家。”內生真菌常常被忽視，因為它們存在​​於健康的植物組織中，但最近它們在生物多樣性和生態系統中的重要性被揭示出來了”。

她說，收集數據以得出這一結論是一項艱鉅的工作，需要阿諾德和她的同事們進行她一生中最緊張的實地考察。

阿諾德說，在2011年夏天的一個月時間裡，該團隊與一名專業飛行員簽訂了合同，”前往道路不通的地方”。六人小組穿越加拿大北部森林南部，一直到達北極苔原邊緣，沿途將浮空器降落在湖泊中。

貝齊-阿諾德和她的團隊乘坐浮空器進入北美東部北方森林的偏遠地區。從窗口望去，雲杉從苔蘚和地衣的地毯中生長出來，研究人員將在湖上降落。圖片來源：貝茜-阿諾德

他們在遍佈地形的偏遠湖泊間起降了36 次。通常情況下，他們在每個採樣點停留大約6 到24 個小時。

白天，他們收集健康的雲杉樹葉以及地面上新鮮的苔蘚和地衣，邊走邊把科學寶藏裝進密封袋中。他們也鑽取年輪芯，希望揭示它們的過去，如樹齡和野火暴露。他們還測量了各種森林特徵，以了解植物在地形上的變化。

到了晚上，當北極光在頭頂閃爍時，他們在飛行員宿舍內的便攜式實驗室處理樣本。他們對新鮮組織進行表面消毒，為提取DNA做準備，並分離真菌培養物，以觀察和記錄樣本中的菌株。

阿諾德說：『我們經常工作到凌晨兩三點，然後睡上幾個小時，再飛往下一個工地。”漫長的工作得到了回報：”在真菌世界裡，一小時的野外工作就是一年的特徵描述和十年的潛在分析。在短短幾週的時間裡，我們就完成了大量的工作”。

當他們從較溫暖的南部地區前往較冷的北部地區時，他們以大約100 英里的間隔重複採樣。阿諾德說，他們還沿著一條緯度帶取樣，這條緯度帶同樣寬廣，但代表的氣候變化很小。他們策略性地從這兩個維度進行採樣，以確保真菌生物多樣性的任何差異都是由環境差異而非距離造成的。他們一起駕駛DeHavilland Otter 飛機飛行了近1500 英里，這架飛機就是他們的移動之家，他們經常用額外的油箱來分享旅行空間。

Betsy Arnold 是植物科學學院的教授，同時也是西南部首屈一指的真菌生物多樣性收​​藏館Gilbertson 真菌標本館的館長。她在北方生物群落的工作是她全球範圍研究、學生參與和全球合作的一部分，研究範圍從非洲南部、南美洲到北極。圖片來源：Jolanta Miadlikowska

較早的研究考察了生物多樣性與緯度之間的相關性，緯度通常被用作氣候的替代品。阿諾德說，這些研究發現，一般來說，越靠近赤道，生命越多樣化。例如，對於許多生物類群來說，熱帶雨林中的生物比北極苔原中的生物更加多樣化。

事實證明，北方地區的真菌並非如此簡單。

「我們的研究表明，北方真菌群落並不一定會像植物群落那樣以可預測的方式隨氣候發生變化。」共同第一作者亞娜-烏仁（Jana U’Ren）說：”相反，氣候對這些真菌的影響在很大程度上取決於真菌種類和宿主。這意味著我們需要保護整個北方生物群落的植物及其真菌內生菌，而不僅僅是在一個地方，否則我們就有可能失去這些重要森林中至關重要的生物多樣性和保護性真菌。”

阿諾德認為，這些真菌內生菌對氣候的特殊依賴性反映了它們與宿主共同進化的過程，也就是她所說的”研究與發展”，因為植物找到了理想的內生菌夥伴，並在這些嚴酷的北方地形植物所面臨的獨特壓力下依然繁茂生長。

「世界各地都有內生菌，但不同環境中的內生菌各不相同。」阿諾德說：”我們認為，與內生菌共生在某種程度上是植物在全球範圍內克服環境挑戰的方式，也就是與它們的內部真菌夥伴共生。關於單一內生真菌對單一植物的作用的資訊並不多。因此，我們的研究具有奠基性意義，因為我們試圖弄清楚這些內生菌是誰，它們是如何分佈的，以及它們會如何隨著氣候的變化而變化。”

她希望未來的研究能以他們的發現為基礎：”我們所知道的是，當這些森林發生變化時，我們正在失去生物多樣性，而我們還不知道關鍵的功能要素是什麼。”

合作者弗朗索瓦-盧佐尼（François Lutzoni）表示同意，他是杜克大學生物學教授，與阿諾德共同主持了這項研究。

盧佐尼說：”這是我做過的最複雜的野外工作，也是最令人振奮的研究經歷之一。記錄不斷變化的世界中的生物多樣性是一項重要的研究。我們採集的標本都保存在標本館中，因此對於了解物種、物種分佈、物種基因以及物種棲息的生態系統如何隨著時間的推移而變化具有持久的價值。反過來，標本館服務科學界的最佳方式就是與世界一流大學的研究實驗室相結合。”

在這種思想指導下，阿諾德目前正致力於利用亞利桑那州本土生長的內生菌來增強作物在這個不斷變化的世界中的適應能力。

阿諾德說：”就像北方森林蘊藏著意想不到的多樣性內生菌一樣，亞利桑那州的植物也是如此。我們下一步要做的就是挖掘這些豐富而古老的內生菌，將其作為幫助植物茁壯成長的工具。最終，我們希望透過在全球範圍內了解這些真菌，我們不僅能描繪出地球生物多樣性的一個關鍵要素的過去和未來，而且還能利用我們當地的真菌，使農作物在有限的水資源和不斷上升的氣溫條件下茁壯成長。可以說，未來就是真菌的未來。”

編譯來源：ScitechDaily