土壤中的生命秘密

在一个寒冷的春天早晨，黛安娜·沃尔正在尝试一种通常用于在高尔夫球场上打洞的工具——她无法抑制自己的兴奋。她的团队一直使用更加费力的方法来采集土壤及其居民生物的样本。“哦，这是一个漂亮的核心样本，”她说，一位学生正在将一个装满微小线虫的样本装袋。“你好，线虫！”

沃尔是科罗拉多州立大学（位于柯林斯堡）的一位土壤生态学家和环境科学家。她来到距离校园以东约一小时车程的这个地点，为她的最新实验之一收集数据。她和她的同事正在通过用临时遮蔽物覆盖一块草地来制造人工干旱。他们预计，捕食性线虫将会死亡或进入一种假死状态，留下以植物为食的寄生性线虫来主导生态系统。“植物在地下如何应对干旱？”她想知道。

几十年来，沃尔一直在提出并回答关于土壤的类似问题。她已成为关于泥土中隐藏生物多样性最受赞誉和最直言不讳的专家之一，她研究了世界几乎每个角落的土壤及其居民。她特别喜欢南极洲，自 1989 年以来，她几乎每年都会访问那里。正是在那里，她和一位同事做出了一个具有里程碑意义的发现，证明地球上最干燥的地方之一的土壤中存在一些动物生命，而不是像许多人认为的那样是无菌的。

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挑战正统观念的相同动力也帮助她在女性曾经很少见的领域取得了进步。“很多时候，我觉得自己撞到了玻璃天花板，感到很沮丧，”她说，然后强调了情况是如何改善的。“今天，我很高兴看到这么多女性在南极洲和其他地方进行研究。”

除了她自己的实验之外，沃尔还成为了土壤科学和保护的大使——而此时 土壤生态系统正受到 侵蚀、污染、杀虫剂和气候变化等力量的破坏。在过去的两个世纪左右的时间里，土壤退化 已将数十亿吨储存的碳释放到大气中，这种排放可能会加速，加速气候变化。除此之外，沃尔说，土壤面临的威胁可能会危及粮食生产、水质以及人类、植物和动物的健康。她说，目前的道路“使我们所知的陆地生物多样性世界非常不确定”。

沃尔和其他科学家为提高土壤知名度所做的努力已经产生了影响。联合国宣布 2015 年为国际土壤年，5 月，沃尔前往内罗毕启动了 全球土壤生物多样性图集——这是一个由 100 多位科学家组成的团队开发的综合信息，她帮助领导了该项目。

西雅图华盛顿大学的地理形态学家大卫·蒙哥马利说，沃尔激发了许多其他研究人员在对社会重要的主题上的科学研究和推广。“我们需要更多一流的科学家愿意在这些领域发言。”

与冰雪相连

这个月，沃尔正忙于计划她下一次的南极洲之旅，像往常一样，这次旅行将在圣诞节之后进行。她的同事开玩笑说，这些旅行让沃尔保持年轻，因为她经常在生日时跨越国际日期变更线，实际上是从日历上删除了这一天。假设她通过了体检——她为此正在游泳和骑自行车——这次旅行将是她第 27 次前往南极洲。

沃尔 72 岁，精力充沛。她身材高挑而苗条，说话语速很快，在描述土壤中从线虫到大量微生物的生物动物园时，她的步伐加快了。她强调，细菌和其他微生物提供了人类习以为常的服务：过滤水、稳定土壤、改善空气质量以及循环利用使农作物生长的养分。“我喜欢把它想象成地下的一家工厂，”她说。

沃尔认为她的母亲，一位生物老师，帮助激发了她对生物学的终生兴趣。沃尔在肯塔基州列克星敦长大，在她的家乡肯塔基大学获得了植物病理学博士学位。1972 年，她前往美国西海岸攻读线虫学研究生研究——她确信线虫寄生虫可以揭示很多关于地上生命行为的信息。

加利福尼亚州起初让她感到震惊。“这让我大开眼界，因为我从未跨过密西西比河，而且——哦，我的天哪，树木在哪里？”她说。但她最终喜欢上了那里，加州大学河滨分校在接下来的二十年中一直是她的家。

她串联了一系列资助来维持她的工作，她确信土壤微生物比大多数研究人员意识到的更重要。“最初，我只是确信这些都会产生影响，我只是在等待被证明是错误的，”她说。

沃尔起初专注于沙漠和干旱农田中的线虫，她的大部分研究是在南加利福尼亚、新墨西哥州和密歇根州进行的。到 20 世纪 80 年代末，她正在寻找方法来了解一个物种对生态系统的影响。“如果你想了解植物寄生虫如何影响根部或捕食者，你如何排除土壤中的一切，只留下它？”

她尝试用化学物质杀死物种，但它们也伤害了她想要研究的东西。然后一位同事建议沃尔去一个没有植物的地方，那里食物网更简单。“我考虑了很多地方，”她说。“最后我们去了南极洲。”

她和来自新罕布什尔州汉诺威达特茅斯学院的同事罗斯·弗吉尼亚决定在美国麦克默多研究站附近的麦克默多干谷收集样本。这些山谷不降雪或降雨，湿度极低，以至于研究人员发现了数千年前进入山谷的木乃伊化的海豹遗骸。之前的研究人员在夏季涓涓细流的冰川滋养的溪流附近发现了线虫和其他生命，但专家认为构成山谷大部分的干燥土壤是贫瘠的。

在沃尔和弗吉尼亚首次访问干谷时，他们只有六个小时的时间尽可能多地收集样本，然后直升机返回接他们。他们在大约 65% 的样本中发现了线虫。“我简直不敢相信，”她说。最终，这表明即使在最不适宜居住的地下环境中，生命也能茁壮成长，揭示了主要的生态系统被忽视了。

沃尔除了在 1992 年没有获得旅行资助外，每个野外季节都返回干谷。为了表彰这项长期研究，美国地质调查局在那里以沃尔和弗吉尼亚的名字命名了山谷。

他们在南极洲的工作与沃尔之前关于线虫如何在美​​国西南部应对极端干燥条件的研究结果相吻合。在奇瓦瓦沙漠，沃尔和她的同事表明，蠕虫依赖于脱水干燥：它们排出大部分水分并将代谢活动暂停。沃尔说，线虫最终看起来像 Cheerios，即环形的干谷物。

当她去南极洲时，沃尔和她的同事发现，干谷线虫使用相同的机制来应对那里的干旱条件。

沃尔一只眼睛专注于微小的线虫，另一只眼睛则关注这些生物如何融入生态系统的更大图景。这完全是她不断增长的了解和强调地下生命重要性的愿望的一部分——大约在过去十年之前，许多研究人员通常会忽略这一点。例如，追踪落叶和其他有机材料分解的研究往往会忽略土壤生物的作用。

沃尔说她厌倦了这种有限的视角。“我们想表明动物在这些过程中很重要。”

因此，在 2001 年，她启动了一项全球性的多年项目，以衡量土壤动物的影响。她的团队将装满干草的网袋发送给世界各地 30 多个地点的同事。这些袋子放置在不同的位置，吸引了蠕虫、甲虫和其他类型的土壤无脊椎动物，而对照袋子则排除了它们。然后，沃尔的团队分析了每个袋子中的碳含量，并比较了有和没有土壤动物的情况下有机物分解的速度。结果支持了沃尔的观点：土壤动物显着提高了许多地区的分解速度。一项后续研究5 发现，排除土壤动物使分解速度的全球平均水平降低了 35%。

这些研究帮助说服研究人员更多地关注土壤中的生命。“我们现在了解这些生物对许多生态系统过程的重要性，”布宜诺斯艾利斯大学的生态学家艾米·奥斯汀说。

垃圾发现意味着，随着气候变化等力量改变土壤群落，碳在整个生态系统中的转移方式可能会发生巨大变化。

沃尔和她的同事在最近在南极洲进行的野外考察中近距离看到了其中的一些情况。在尚未发表的工作中，他们发现干谷中占主导地位的线虫，一种名为Scottnema的特有属，数量一直在下降，而一种生活在较湿润土壤中的线虫，Eudorylaimus，由于冰雪和永久冻土的融化而一直在增加。“看起来将会发生物种转变，”她说。“这是一场栖息地之战。”

斯科特线虫 (Scottnema) 是沃尔最喜爱的线虫。“它生活在最严酷的环境中，大部分时间是独自生活，而且辨识度很高，”她说。但这并不是她担心该物种数量下降的唯一原因。

这两种线虫以土壤中不同的碳源为食，种群变化可能会改变地下碳逸散到大气中的速率。如果真是这样，南极土壤的碳储存潜力（南极是吸收大气中二氧化碳的关键区域）可能会发生变化。她说，地球上其他地方土壤生物群的变化也可能会影响有多少碳被锁住。

土壤的使者

今年八月，沃尔发现自己身在白宫，与其他专家和政策制定者一起讨论土壤问题，这是一项旨在防止侵蚀和促进土壤健康的全国性努力的一部分。这是她在过去15年中越来越接受的一个角色的最新场景——将土壤健康带到全球舞台。

随着沃尔的研究事业蓬勃发展，她担任了更多的领导职位。她于 1993 年担任美国生物科学研究所主席，并于 1999 年担任美国生态学会主席。到那时，她参与这些组织使她的想法更加宏大。“我一直专注于南极研究，”她说。“我想我应该做更多的事情。”

她开始参与并领导越来越多的全球性倡议——例如，从 2001 年开始担任国际生物多样性观测年主席，该项目资助了旨在强调世界各地生物多样性重要性的研究项目。 2011 年，沃尔成为全球土壤生物多样性倡议的创始科学主席，该组织是 5 月份发布的土壤图集的幕后推手。展望未来，沃尔希望将有关土壤健康和生物多样性的数据纳入全球政策，以应对大规模环境挑战。她还与同事讨论发起一项大型美国实验，以解开土壤、生物多样性和健康之间的关系。“保护和保护物种是一个非常古老的想法，土壤保护也是如此。但直到现在，这两个想法才走到一起，”她说。

在为土壤奔走的同时，沃尔也是科学界女性的拥护者。在她刚起步时，她所在领域中没有多少女性榜样。当她第一次去南极时，她只能穿男士的保暖内衣和靴子，并在没有坐式厕所的军用飞机上忍受了八小时的飞行。

沃尔最初在 1980 年代后期被加州大学河滨分校拒绝了终身教职的职位，她和其他人认为，这个决定与她的性别有关。科罗拉多州立大学北美氮中心主任吉尔·巴伦说，沃尔如何从那次拒绝中恢复过来是她性格的象征。“她继续了她辉煌的职业生涯，”巴伦说。“她一直在努力确保其他进入这个领域的年轻女性不必再经历这样的事情。”

这种干劲给刚刚进入科学界的人们留下了深刻的印象。在沃尔手下学习的博士生阿什利·肖回忆起他们的第一次会面。“她对她的科学和她正在做的事情非常热情，”肖说。“我离开时感觉我能拯救世界。”

沃尔于 1993 年加入科罗拉多州立大学，担任该机构自然资源生态实验室主任。同事们说，在那里，她吸引了跨学科、成就卓著的科学家，这提升了实验室在校内外的声望。她现在担任该大学全球环境可持续发展学院的创始院长。

在那里，在一间挂满了南极照片和纪念品的办公室里，她热情地谈论着她对未来的目标，并且当人们问她是否计划退休时，她会感到恼火。“无论我是否通过体检去南极，或者年纪太大，必须从天空中给我空投轮椅，”她说，“我都想继续研究这些问题。”

本文经许可转载，并于 2016 年 9 月 13 日首次发布于此处。