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全世界的生物教科書上都寫著：地衣是由一種真菌和一種藻類或藍(lán)細(xì)菌組成的共生體,。但美國的地衣學(xué)家托比·斯普里比爾最近卻發(fā)現(xiàn)，這個已經(jīng)存在近150年的“常識”其實是錯的,，這兩個小伙伴間有“小三”,。 千姿百態(tài)的地衣 說到“地衣”這個名字，大家或許會比較陌生,，因為人們生活中更常用“青苔”一詞,。不怪大家會弄混，有些地衣確實挺像青苔的,，特別是它們都愛長在石頭或者樹干上,。不過，青苔其實指一類結(jié)構(gòu)簡單的小型綠色植物——苔蘚,。二者最主要的區(qū)別在于,，前者形態(tài)上無根、莖,、葉的分化,；而后者是高等植物，有根,、莖,、葉之分。 地衣十分常見,，只要你走出門,，就可能在屋角的樹干或者墻根兒的石頭上，找到它們低調(diào)的身影,，像是給單調(diào)的樹干和石頭穿上美麗新衣,。 乍看之下,，它們身姿凌亂,，似乎不值得關(guān)注?？扇绻阕屑?xì)觀察,，就會發(fā)現(xiàn)它們有自己獨(dú)特的美麗。 地衣的形態(tài)千姿百媚,，大致可分為殼狀地衣,、葉狀地衣和枝狀地衣三大類型。殼狀地衣像龜裂的油漆,，牢固地附著在樹皮或巖石上,，很難剝離。葉狀地衣有背腹之分,，形如葉片,，容易剝落,。而枝狀地衣形態(tài)最復(fù)雜，看起來有枝有葉,，或直立叢生如珊瑚,，或懸垂樹梢如飄揚(yáng)的長發(fā)。還有一些地衣比較特別,，有的看起來像蠕動的蟲子,，有的看起來像小杯子。 不同的地衣更是色彩各異,，有的白如雪,，黑如發(fā)，灰如瓦或褐如濃茶,；有的紅若棗,，黃若杏，綠若茵或青若煙雨,。而色彩由淡轉(zhuǎn)濃的細(xì)膩變化,，以及各種顏色的優(yōu)美過渡，更是美得難以描摹,。 地衣的生命力很頑強(qiáng),，無論是繁盛的森林，還是貧瘠的荒漠,，都能找到地衣的蹤跡,。事實上，地衣有“生命先驅(qū)”的美譽(yù),，它們能加速巖石分化,，形成土壤，將不毛之地慢慢改造成為生命綠洲,。 誰識地衣真面目,？ 地衣長得像植物，又能進(jìn)行光合作用,，那它們真的是植物嗎,？ 從“植物學(xué)之父”林奈，到“地衣之父”瑞典植物學(xué)家埃里克·阿卡里烏斯,，過去大家一直認(rèn)為地衣是一種特殊的低等植物,。直到1868年，才有人對此表示懷疑,。 當(dāng)時,，一位名叫西門·施文德納的德國植物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，地衣是一種復(fù)合有機(jī)體，由一種真菌和一種與之一起生活的微小藻類組成,?？蛇@種“二元假說”在當(dāng)時遭到了猛烈的抨擊。直到施文德納等人借助精良的顯微鏡,，細(xì)心地從地衣中分離出這兩種生物,，這些抨擊才消失。 施文德納曾誤以為是真菌在“奴役”藻類,，因為如果把二者分開的話,，真菌會因無法進(jìn)行光合作用而活活餓死，而藻類卻能安然活著,。不過其他人認(rèn)為二者是合作關(guān)系：藻類吸收陽光,，進(jìn)行光合作用，為真菌提供有機(jī)營養(yǎng),；而真菌包裹藻類,，為藻類提供水、無機(jī)鹽和住所,，并決定地衣的主要形態(tài),。 這種互惠互利的關(guān)系是前所未聞的，人們?yōu)榇藙?chuàng)造了一個新詞——symbiosis,，意即共生,。 其實生活中有許多互利共生的例子，只是我們之前沒有意識到而已,。比如,，珊瑚蟲和藻類：珊瑚蟲為藻類提供二氧化碳、氮等營養(yǎng),，藻類為珊瑚蟲提供氧氣,、糖類和鈣質(zhì)。豆科植物和根瘤菌：豆科植物為根瘤菌提供營養(yǎng),，而根瘤菌能固定空氣中的氮?dú)?，為植物提供氮肥。白蟻和鞭毛蟲：白蟻為鞭毛蟲提供營養(yǎng),，鞭毛蟲分泌纖維素酶幫助白蟻消化食物,。我們和住在我們腸道里的細(xì)菌其實也是共生關(guān)系，我們?yōu)槟c道細(xì)菌提供營養(yǎng),，而腸道細(xì)菌能幫助我們消化食物，并提供維生素,、氨基酸等多種營養(yǎng)物質(zhì),。 在此后的140多年里，生物學(xué)家們嘗試在實驗室里培養(yǎng)地衣，結(jié)果都失敗了,。人為結(jié)合在一起的真菌和藻類,，無法長成它們在自然環(huán)境中的樣子。 沒人知道這是怎么回事,，斯普里比爾敏銳地發(fā)現(xiàn)好像少了什么,，而后來他確實在這個共生聯(lián)盟中發(fā)現(xiàn)了第三位成員。 斯普里比爾的困惑 如果你在1995年告訴斯普里比爾,，他將來會推翻生物教科書里地衣的定義,，他肯定會認(rèn)為你瘋了。 斯普里比爾沒有去過學(xué)校,，小時候他在家里接受宗教教育,，熱愛科學(xué)卻無緣接近。他渴望擺脫這種窘境,，進(jìn)入學(xué)校得到適當(dāng)?shù)慕逃?。于?9歲的斯普里比爾在當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門找到了一份工作，努力賺取學(xué)費(fèi),?？伤麤]有成績單，這意味著美國的大學(xué)基本上不會接受他的入學(xué)申請,。聽說德國的許多大學(xué)不收學(xué)費(fèi),，于是他決定去那里試試。好在上帝這一次聽到了他的祈禱,，德國哥廷根大學(xué)接收了他,。 2011年，完成學(xué)業(yè)的斯普里比爾回到了美國的老家——蒙大拿州,，而童年時常游蕩的樹林里的地衣就在這時引起了他的注意,。 當(dāng)?shù)赜袃煞N都叫馬毛的地衣，它們都垂掛在樹枝上,，像是駿馬飛揚(yáng)不羈的鬃毛,。一種俗稱有毒馬毛地衣，是淺黃色的,，因為它會產(chǎn)生一種叫枕酸甲酯的黃色毒素,。另一種俗稱食用馬毛地衣，是當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)美食,，它不含有這種色素,，所以是暗褐色的。它們的外表明顯不同,，所以一直被當(dāng)作兩個物種,。但斯普里比爾卻發(fā)現(xiàn)，二者共生的真菌和藻類其實是一樣的。既然如此,，為何它們看起來會如此不同呢,？斯普里比爾對此很困惑。 為了弄清楚這個問題,，斯普里比爾對比了兩種地衣中活化的基因（即起作用的基因）,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種地衣沒有差異。因為地衣學(xué)家都認(rèn)為地衣中的真菌屬于子囊菌,，所以當(dāng)時斯普里比爾只分析了子囊菌基因,。可這時他意識到自己的搜索范圍可能太狹隘了,。幾乎是一時興起,，他將搜索范圍擴(kuò)大到整個真菌王國，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的東西：許多在地衣中被激活的基因,，來自另一類完全不同的真菌——擔(dān)子菌類,。 斯普里比爾當(dāng)時有些緊張，因為這個結(jié)果在當(dāng)時看來肯定是錯的,，自己這么多年的努力可能都付諸流水了,。可斯普里比爾又隱隱有一點興奮,，或許自己是對的呢?那樣的話這將是一個會引起整個地衣學(xué)震蕩的發(fā)現(xiàn),！于是斯普里比爾頂住壓力，開始尋找這個可能存在的“第三者”——擔(dān)子菌,。 真有第三者插足,？ 地衣中出現(xiàn)擔(dān)子菌基因，有哪些可能的原因呢,？做過實驗的同學(xué)首先想到的肯定是實驗樣品可能被污染了,。可能是在采集地衣標(biāo)本或者做實驗的時候,，這種擔(dān)子菌的微絨毛落在了標(biāo)本上,，被一起分析了。另一種可能是,，這種擔(dān)子菌其實是病原體,，它侵入地衣，讓其染病,。如果是這樣的話,，斯普里比爾就是白開心了一場。 可當(dāng)斯普里比爾把這些擔(dān)子菌基因去除之后,，他發(fā)現(xiàn)和地衣產(chǎn)生枕酸甲酯相關(guān)的物質(zhì)也隨之消失了,?？粗@個結(jié)果的時候,，斯普里比爾懸著的心終于放下了,。他開始相信這種擔(dān)子菌其實就是地衣的一部分——這兩種地衣中都存在，黃色地衣中尤甚,。 可這究竟是特例呢,，還是所有的地衣中都有“第三者”插足？斯普里比爾前前后后共收集了4.5萬份地衣樣品,。這些地衣來自世界各地,，屬于不同的種類。結(jié)果他幾乎在所有的葉狀和枝狀地衣中,，都發(fā)現(xiàn)了擔(dān)子菌的基因,。這再一次肯定了斯普里比爾之前的想法——地衣其實是由2種真菌和1種藻類或藍(lán)細(xì)菌組成的共生體。 接下來,，斯普里比爾需要做的就是把這種擔(dān)子菌的真身從地衣中找出來,。 在顯微鏡下，地衣看起來像扁平長條的意大利拖鞋面包：有結(jié)實的表皮和松軟多孔的內(nèi)瓤,。子囊菌是地衣拖鞋面包的主體：它不僅僅形成地衣結(jié)實的表皮,，其分枝還會向內(nèi)延伸，形成松軟的內(nèi)瓤,。而藻類則嵌在厚厚的子囊菌中,，恰如嵌在面包里的葡萄干。那么擔(dān)子菌在哪里呢,？它其實就在表皮的最外面,，宛若灑在面包上的糖霜。 別看擔(dān)子菌的位置這么明顯,，斯普里比爾和他的同事可是花了整整5年時間才找到它們,。因為這種擔(dān)子菌看起來就像是子囊菌分枝的橫截面，除非你知道它們長什么樣,，否則完全不會覺察到它們其實是兩種不同的真菌,。在過去的140多年里，大家就是這樣被它們給蒙蔽的,。為了區(qū)分,，斯普里比爾只好用紅、綠,、藍(lán)三種顏色的熒光來標(biāo)記這三個不同的成員,，得到三者清晰的分布圖像。 研究人員推測,，早在1億年前,，恐龍還在漫游地球的時候,，擔(dān)子菌就已經(jīng)是地衣的成員了。它可能會影響子囊菌的生長,，誘導(dǎo)其長成扁平的硬皮,。這樣就可以解釋為何之前人們在實驗室里無法成功培育地衣了。擔(dān)子菌顯然還與枕酸甲酯相關(guān),。但擔(dān)子菌究竟是會吸收它,，還是產(chǎn)生它，或者激活子囊菌生產(chǎn)它,，現(xiàn)在還不得而知,。 而子囊菌的功能也變得撲朔迷離，因為以前人們認(rèn)為它所具有的功能完全有可能其實是由擔(dān)子菌承擔(dān)的,。事實上,，斯普里比爾的發(fā)現(xiàn)改變了整個地衣學(xué)領(lǐng)域。許多地衣學(xué)的基本理論都需要檢驗,，甚至重新書寫,。
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