如果你想发现一个隐藏的新生命形式世界，你不必搜寻黑暗的洞穴或跋涉穿越偏远的雨林。只需看看你的脚下。当时还是研究生的安娜·罗斯林前往瑞典北部绘制一种特定的喜根真菌的分布图时，她发现了一些更有趣的东西：她的许多根样本都含有来自未知物种的 DNA 痕迹。更奇怪的是，她从未遇到过完整的生物体。当野外考察季结束时，她只分离出了原始的遗传物质片段。这些片段显然属于真菌界，但除此之外，它们几乎没有透露任何信息。“我对此着迷了，”罗斯林回忆道，她现在是瑞典乌普萨拉大学的进化生物学教授。
从那时起，真菌学家们意识到，这种幽灵般的存在无处不在。指向一块泥土、一片水域，甚至是你呼吸的空气，很可能都充满了没有人见过的蘑菇、霉菌和酵母（或它们的孢子）。在海沟、青藏高原冰川以及两者之间的所有栖息地，研究人员都在常规地检测到来自晦涩真菌的 DNA。通过对这些片段进行测序，他们可以判断自己正在处理新的物种，成千上万种，它们在基因上与任何已知的科学物种都不同。他们只是无法将这些 DNA 与在世界各地生长的有形生物体相匹配。
这些难以捉摸的生物如此普遍，以至于科学家们称之为“暗真菌”。这与同样难以捉摸的暗物质和暗能量相提并论，它们构成了我们宇宙的 95%，并对几乎所有事物都施加着巨大的影响。与那些看不见的实体一样，暗真菌是隐藏的推动者和影响者。科学家们确信，它们执行着与已知真菌相同的重要功能，在生态系统中引导能量流动，分解有机物并循环利用养分。暗真菌是生物学家 E. O. 威尔逊所说的“掌控世界的小东西”的主要例证。但它们神秘的生活方式给试图展示它们如何掌控世界的科学家们带来了令人抓狂的挑战。
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分类学家仅描述了全球生物多样性评估预测的数百万种真菌中的 15 万种，而最近的发现表明，剩余的绝大部分可能无法进行常规的生物学调查。“我们甚至还没有开始触及表面，”瑞典哥德堡大学的真菌学家亨利克·尼尔森说。“我敢打赌，绝大多数将是暗真菌。”鉴于真菌在我们赖以生存的生命网络中的核心地位，专家们认为我们应该更好地掌握它们。
我们对暗真菌的所有了解都来自环境 DNA，或 eDNA。该术语指的是碱基对链——DNA 的组成部分，它们不断地从所有生物体上脱落。研究人员可以分析这些自由漂浮的双螺旋片段，以确定哪些物种曾在某个区域活动，而无需亲眼看到它们。为了专门识别真菌，科学家们会寻找一种方便的遗传标记，称为内部转录间隔区 (ITS)，它由数百个碱基对组成，这些碱基对进化迅速，因此有助于区分物种。虽然 ITS 只是基因组中很小的一部分，但研究人员可以使用 COVID 实验室测试中使用的相同的聚合酶链式反应技术将其分离出来并扩增。如果一个 ITS 序列与基因数据库中的所有其他序列都足够不同，则无论科学家是否亲眼看到它的物理形态，它都被认为代表了一个新物种。
在千禧年之交，eDNA 测序作为一种发现物种的新方法突然出现。正如克拉克大学的真菌学家大卫·希贝特和他的同事在2009 年撰文所说，科学家们突然发现自己被“数据洪流”淹没。这种涌入暴露了暗真菌的巨大数量。今天，希贝特说，“我们对真菌多样性丰富程度的理解确实正在被这些暗生物所扩大。”
研究人员每年通过标准途径发现大约 2000 种新真菌，在自然界或显微镜下发现它们。然而，一项 eDNA 研究可以记录到的暗真菌数量是这个数字的 10 倍。通常情况下，这些片段是其生态系统中最丰富的 DNA 样本之一。“我不认为我曾经见过任何环境测序研究的未知物低于 30%，”尼尔森说，而且这个比例通常要高得多。有时，只有少数 DNA 序列可以在任何有意义的分类学级别上进行分类，将它们从一个界（在本例中为真菌界）缩小到一个门，然后再到一个纲，依此类推，直到一个物种。
找到完整的标本可能很困难。许多真菌是微观的，甚至是单细胞的，一小份生物材料可能包含数百种难以分离的真菌。其他物种则以可见的蘑菇和根状菌丝体形式生长，但它们是短暂的，因此很容易错过。至于在实验室培养物中培养这些生物体，提供合适的条件可能很困难。一个捷克微生物学家团队最近声称，“理论上，没有什么是不可能培养的”，但真菌学资金和人员短缺，因此实际上，我们对暗真菌的洞察通常止步于 DNA 片段。
然而，我们所知道的并非微不足道。正如罗斯林所说，“在环境 DNA 序列中，信息量远不止碱基对。”通过寻找与已知物种的相似之处，真菌学家可以查明暗真菌最接近的亲属，并由此推断出许多关于其生命周期和生态作用的信息。尽管如此，在没有完整标本的情况下，一个人可以学到的东西是有限的，尤其是在没有特别近的亲属的情况下。“如果它在完全陌生的领域，”希贝特说，“那将非常神秘。”
以罗斯林在研究生院发现的那组真菌的 DNA 为例。多年后，她震惊地发现其中一种在 1999 年遗忘已久的培养物中茁壮成长。事实证明，它是被称为古根霉纲的第一个已知成员，该纲包含数百种生活在世界各地土壤中的暗物种。作为参考，哺乳动物是一个纲。“我们不了解这种规模的类群，”罗斯林惊叹道。
2011 年，一位名叫梅雷迪思·琼斯的英国微生物学家发现了一个可能的新门，恰如其分地命名为隐真菌门，该门以前是暗门。（作为参考，哺乳动物纲是脊索动物门的亚群。）这些发现不仅仅是对生命之树的微小修订。除了在真菌分支上增加一个巨大的分支外，隐真菌门还是一个重磅炸弹，因为它缺乏纤维物质几丁质，几丁质曾经被认为是所有真菌的定义特征。自从罗斯林的团队做出这一发现以来，古根霉纲已被认为是潜在的关键物种。如果它们不存在——与植物形成共生关系，将有机分子分解成碳和氮，供其他生物体利用——整个生态系统可能会崩溃。显然，我们无法从 DNA 中解读全部故事，但这只是一个起点。在研究人员追踪或培养出暗真菌之前，它们对我们来说主要以 ITS 序列的庞大星系形式存在。真菌学家将这些序列称为“条形码”，因为它们明确地将遗传物质与物种联系起来。在全球 DNA UNITE 数据库的 1000 万个条形码中，许多都以“未识别”的标签而无人问津。
为了激发人们对这些分类学孤儿的兴趣，尼尔森列出了“最受关注的 50 种真菌”，代表了最大的未识别谱系，这些谱系有 DNA 但没有标本。其中有几个已经被定义，但他认为自 2016 年他发出搜捕令以来，其余的并没有受到足够的关注。“每个人都想发表论文，而现在机会来了，”他说。“所有的数据都已为你整理好。去看看，我相信你能找到一些东西。”尼尔森的意思是，人们不仅可以在数字上这样做，还可以在物理上这样做：UNITE 条目包括 DNA 序列的地理分布，因此任何人都可以真正在现实世界中寻找相应的物种。
该列表不一定涵盖经济或生态意义最重大的暗真菌，只是涵盖了尚未在最高分类学级别（如门和纲）进行分类的暗真菌类群。尽管如此，当被问及可能的益处时，尼尔森毫不犹豫地表示赞同。例如，真菌生物学的未开发边缘可能会产生有价值的化学物质或药物（青霉素和器官移植排斥治疗药物环孢素就是从真菌中提取的，仅举两个例子）。“这些物种中的一种或多种将被证明对人类非常重要，”他说。
最重要的是，暗真菌对于生物圈的正常运转至关重要。它们与自然的其余部分完全交织在一起。为了保护它们以及它们所支撑的所有错综复杂的、维持生命的过程，研究人员必须坚持不懈地逐个确定它们。“捕捉这种多样性，”罗斯林说，“可以帮助我们对保护有一个更明智的看法。”
随着处理 eDNA 技术的进步，真菌学家比以往任何时候都更有能力提取暗秘密。高通量测序和单细胞基因组学——顾名思义，它可以从单个细胞中收集几乎完整的基因组——与传统的条形码测序相比，都提供了显着的改进。结合用于对环境样本中的大量细胞进行分类和培养的尖端技术，这些方法可以更深入地了解神秘的暗真菌世界。“想象一下所有正在进行的酷炫的化学、生物学和生态学，”尼尔森说。“所有这些相互作用，我们对此一无所知。这个想法给了我能量。”