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地球能发展出富含氧气的气候环境,除了植物人们也得感谢真菌

来源:Technews科技新报     2017年12月25日     字体:     

【Technews科技新报】许多人都会在家中种植盆栽,或是在放假时前往郊外踏青,制造新鲜空气的植物向来是人们最亲近的伙伴,如果没有植物,地球永远不会发展出人类可以生存的气候环境。但事实上是,要做到这点,植物还靠了另一种生物界的帮忙。

做为生物中的一个分类,真菌(Fungi)向来是较特殊的存在,ScienceAlert 引述里兹大学(University of Leeds)的最新研究指出,真菌便是当初地球在发展为富含氧气的环境时,帮助植物与土壤“合作”的关键生物。

地球约在 46 亿年前诞生,起初温度还非常高,几乎没有大气层,直到地球冷却后原始大气才逐渐形成。与现在的大气层成分不同,当时主要组成推测是硫化氢(H2S)、甲烷和二氧化碳,而这些气体对人类来说都非常有毒性。

在经过一段时间后,地球终于冷却到足够让水以液态存在,最早的生命蓝绿藻(cyanobacteria)也在这之中诞生,并开始将地球大气转为富含氧气的过程。在植物的努力下,地球大约至 4、5 亿年前气候才逐渐变得适宜动物居住。

过去人们通常都将这种气候转变归功于植物的功劳,但里兹大学的团队在研究后发现,那些早期的植物不可能单凭自身做到这些事,与现在常见的植物不同,当时的植物根本还没有演化出根部及维管束系统。

▲ 艺术家试着描绘出早期陆地植物生态。(Source:By Devonianscene.jpg: Eduard Riou (1838-1900) from The World Before the Deluge 1872, United Statesderivative work: Rursus (Devonianscene.jpg) [Public domain], via Wikimedia Commons)

地球上大约一半氧气都是来自陆生植物的光合作用,而这个过程需要磷(phosphorus),这些磷便是依靠真菌“运送”。研究团队指出,与现在和植物的共生关系不同,当时土壤中的真菌会将磷(phosphorus)从岩石转移到植物上,进而驱动植物产生光合作用。

负责建立当时生物地球化学模型的 Benjamin Mills 指出,过去人们对于地球究竟是如何提供磷给植物的所知甚少,但真菌交互作用的数据提供了一个很好的管道,让人们对认知地球早期发展有了重大的进展,也证实真菌在创造富氧环境的重要性。

当然,真菌也不是毫无来由为植物“送三餐”。考量到真菌有能力从岩石吸收矿物质,而植物更依赖有机物质,团队认为当作回报,当时的植物将进行光合作用后产生的碳(carbon)传递给了真菌,形成互利行为。

透过观察存活至今的古代真菌并运用电脑建立模型,研究团队也确定了不同真菌能进行不同速率的磷-碳转换,而这也反过来影响当时的植物生产氧气的速度。

研究合著者、植物生物学家 Katie Field 表示,如果将不同类型的早期植物与真菌的合作,计入古生物时期全球磷和碳循环的电脑模型,显示的改变非常具戏剧性。

“植物-真菌之间的碳-磷交易,让植物透过光合作用大幅消耗二氧化碳,大大加速了大气中氧气比例增加的时间,对地球气候的转变有极大的影响。”

值得一提的是,目前最早发现的陆地生物化石是有些类型蘑菇的真菌,真菌已存本地球非常久一段时间,甚至比植物的历史还要久。

虽然真菌的外表通常不太讨喜,但若没有它们,或许地球适宜人类居住的环境还要更久以后才出现。