隐藏在地下的原子交易市场

如果你乐意，这一次不妨想象一下你来到另一座位于新罕布什尔州的山脉，跪在松树林中柔软而芬芳的地面上，徜徉在斑驳陆离的阳光之中。既然你正准备探索脚下的大地，那么请记住一点，土壤是活的，而不只是古老的沙子。它是矿物质与有机质构成的动态混合物，就跟你的骨骼差不多，同时它也是活着的，地质与生物圈在它的内部共同进化，个体与群体的界限正在变得模糊。

这片特殊的土壤是一层层墓地，而新的生命就孕育于其中。前一年的针叶与树枝混杂成一片软松的棕色地毯，越往深处则越紧密。细菌与真菌正在挨个儿分子、挨个儿原子地拆着这片地毯，于是当你向下挖到更古老的地层时，也能看到渐变的降解过程。

将一些松散的碎屑刮到旁边，你会揭开一片黑色焦油状的沉积层，这全是因循环作用被洗到下层的有机质，可以看作是一种浓缩的深林老汤。这里有各种微生物产生的废液，含碳化合物以及其他曾经存在于生物体的物质都聚集于此。在这层黑色物质与沙砾层之间，是多彩的带状混合区域，土壤在有机酸的漂白下形成的灰状白色石英，而更深层的颗粒则被铁锈给染了色。

跟你的骨骼一样，森林土壤将岩石元素与生命物质混在了一起。一小捧这样的土壤里，就可能包含数十亿个细菌，它们附着在脱落的叶片上，挤进颗粒之间的缝隙中，吃的是从上面流下来的养分，就像那些引起蛀牙的细菌在你牙齿上钻洞那样，掏空了矿物颗粒。根尖上的黏液和死细胞也成了这场盛宴的一部分，而原生动物则潜伏在沙土颗粒之中，以细菌为食。比丝线更为纤细的线虫在原生动物身后蠕动，却不料又被黄雀在后的螨虫与昆虫当作了美食。

在这个微型世界中，一颗来自野花或是云母片的原子，就如同是地下经济网络中的一枚硬币，在一些世界上最小型的生物间进行着交易。然而这张交易网络不过只是一个角落，它隶属于一张更大的交易网络，后者不仅维持了土壤生态圈，也养育了你。连接着植物与地球的树根，也将植物跟一个发散性的真菌纤维网络连接了起来；而这一地下关系网中的物质流动和我们人类的交易模式非常相像，以致生态学家都开始用经济学术语来描述它了。所有的植物种类中，有3/4都依赖这个“植物—真菌交易市场”生存，并形成合作联盟帮助它们更好地利用和分享资源。土壤之下埋藏的这个网络被称之为“菌根”，这也是一个源于希腊语的术语。

2002年，一支由环境学家乔·布鲁姆（Joel Blum）领衔的科研团队在《自然》杂志上发表了一项位于新罕布什尔州哈伯德布鲁克实验林的惊人发现。采用同位素示踪法对山区分水岭上土壤与食物链中的矿物原子进行跟踪，他们发现了一些奇怪的现象。土壤样品中大多数钙离子都来自长石颗粒，但森林树叶中的大多数钙离子却是提取自更为罕见的磷灰石颗粒，但土壤中磷灰石所含的钙只是土壤总钙量的1/10。然而更为奇怪的是，树木并非是自己去提取这些原子，而是依靠各类真菌去挖掘这些矿产。

你也许会在森林或草坪上注意到很多蘑菇，它们看上去很像是植物，但从很多方面讲，它们其实和你更像。它们并不会捕获阳光并产生氧气，而是吸收有机质并释放二氧化碳。不同于那些用于吸收阳光的树冠，蘑菇的菌伞不过只是临时的孢子发生器。真菌的主体部分被称作“菌丝体”，是一团埋于地下的丝状活体，依赖于土壤生存，一旦到了需要撒出孢子的时候，它就可以生长出数目不定的肉质菌伞。菌丝比棉花纤维更为纤细，但它们的延展性惊人，绵延数英里的菌丝也许只需要占据一小撮土壤。

2003年，森林病理学家布伦南·弗格森（Brennan Ferguson）和他的团队经过研究发现，在俄勒冈州东北部，松蕈属真菌的菌丝破纪录地在树林下方铺展超过了3.7平方英里（9.6平方千米）。“秋季，在森林的地面上很容易看到这种真菌生长出来的金黄色蘑菇簇，”研究人员在报道中进一步解释道，“考虑到它的真实尺寸和对森林的影响，这些蘑菇只不过是冰山一角。”

有时候，菌丝纤维会深入到树根内部并寄生于其中，但在这种情况下，它们反过来是从菌根中抽取营养。一个树根上可以有很多不同的真菌，同时每根菌丝都可以跟几码以外的树木和野花分享它们的生命分子。有些时候，真菌与树根会运用化学信号征召对方加入网络的建设，就像是连接母亲与胎儿间的胎盘那样。这样的真菌联盟可以使树木吸收的磷元素增加两倍，而且有些真菌甚至可以杀死并消化土壤中的昆虫，再将它们的原子通过树根输送给邻近的树木。

哈伯德·布鲁克所研究的真菌“矿工”，会渗透到土壤深层寻找磷灰石颗粒。当它们发现了矿产之后，会利用消化性的化学物质及酶作为工具“开采”其中的钙和磷。不过这些石头吞噬者并不会简单地储存它们的战利品：它们利用任何自己不能消费的元素跟上方的植物进行交易。

通过对树叶进行分析，研究者发现云杉与冷杉针叶中所含的钙，95％都是由开采磷灰石的真菌“贩售”而来。枫树与蕨类植物的叶片中，也有接近2/3的钙元素来自于磷灰石，剩余部分都是从腐烂的茎叶中获取，说起来也是早些年生长季时被开采和交易的矿产。

那么植物需要回馈给真菌什么呢？基本都是糖。不同于真菌，植物的叶片中，储藏了大量由阳光、空气和水转变而来的富含能量的糖，当树根从菌根交易市场带回水和矿物质时，同时也将糖交换了出去。

这样的交易方式也让欺骗行为变得有机可乘，一些物种便混入市场中做起了没本钱的买卖。杓兰（Lady's slipper）那细小的种子并不会跟向日葵种子或橡树种子一样，为胚胎储备常见的淀粉大餐。它们全都依靠慷慨的真菌资助，直到胚芽成长到可以自给自足为止。通体象牙白的水晶兰（Indian Pipe）甚至都懒得去制备让你认为它是植物的叶绿素，它们接受真菌的施舍却不回赠任何东西。

为什么欺骗不会导致整个系统崩溃？很显然一些原子交易者可以区分这些白吃白喝的家伙并予以惩罚。

生态学家托比·吉尔斯（Toby Kiers）与他的团队曾在《科学》上发表成果证明了这一点：他们先在实验室中用培养皿让真菌分开生长，然后再将它们挂到三叶草上。由于不同真菌获得的磷元素总量不同，结果那些只能提供少量磷的真菌，从它们的植物伙伴那里所获得的糖分还不到那些高磷真菌的1/10。不管怎么说，植物都会保持跟踪，并拒绝与骗子进行交易，尽管同一片树根上生长着很多种真菌。反过来说，树木提供的回报越少，从真菌那里获得的磷也就越少。

这种合作系统颇有些像最具有生产力的人类社会。规则的执行是双向的，并基于报酬而定，而双方都可以自由地跟多个对象进行交易，也可以随意更换交易伙伴。在文章的结束部分，作者总结道：“这个案例清晰地展现了，在人类社会以外，类似于市场经济的合作模式是如何被确立下来的。”

类似的植物—真菌合作关系在更居家的环境中也会经常发生。你窗台上的花会和真菌共享土壤，而你菜园里的蔬菜甚至会利用一种真菌互联网互相交流。《公共科学图书馆期刊》近期的一篇报道，西红柿可以通过监听它们之间的真菌来掌握其他同类的健康状况。当有西红柿被病原体感染后，它们会向真菌网络中释放信号分子，附近的其他西红柿因此做出反应，这样就会有足够时间启动免疫系统，避免自己被感染。《生态学快报》在2013年刊登的一篇文章则提到，豆类植物也可以通过共享的真菌网络释放分子信号发出“警告”，让附近的植物做好准备，抵御即将到来的蚜虫的袭击。

如果没有这种地下的“采矿”及“商业”系统，只靠缓慢风化的石头吝啬地提供矿物质原子，大多数植物都将无法生存。同时由于世界上很大一部分蔬菜最终都成为了食物，所以这一钙磷交易市场最终也让你和其他人从中受益。

不过因为菌根系统是个双向交易市场，土壤与生物之间的原子流动也是双向的。因此，不仅是矿物质产生了生物组织——几十亿年来，生命也生产了一些独特的矿物质。