本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
对于细菌来说，在泥土中移动并不容易。 那些可以移动的细菌依赖于水来游泳，但土壤中充满了气穴和干燥的颗粒（毫无疑问，对细菌来说是巨石），阻碍了前进。
然而，新的研究表明，真菌的菌丝可能充当高速公路，使土壤细菌能够比原本可能的速度更快、更远地移动。 这条高速公路也有一个有趣的副作用：它也是一个约会服务。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
细菌是迄今为止土壤微生物中最丰富和最多样化的居民，在典型的克土壤中（一克约为百分之三盎司）有来自 100,000 个物种的 100,000,000 个个体。 同样微小的克土壤也包含数英里的真菌丝状体，称为菌丝 (HI-fee)，这是我去年在 Radiolab 节目中提到的一个事实。 虽然数量上少于细菌，但丝状真菌的重量超过它们，占土壤微生物生物量的 74% 之多。
细菌可能会面临土壤中快速变化的条件：温度、湿度、食物和毒素都可能波动。 然而，它们应对变化最重要的工具不是 DNA 中的突变，而是细菌的“性”。 细菌的交配方式不像大多数动物那样，通过卵子和精子的结合来整体结合基因组。 相反，它们可能会通过细菌之间的对接隧道（称为结合的过程）在称为质粒的小环状 DNA 上交换一个或少量基因。 尽管数量可能很少，但这些基因可能编码赋予强大能力的蛋白质，如抗生素耐药性。 这种交换在业内被称为“水平基因转移”，因为它们涉及无关生物体之间的基因转移，而不是从亲代到子代的基因转移。
然而，为了使这种情况发生，细菌需要非常接近——真的非常接近。 实验表明，细菌必须在彼此两微米之内才能进行“探戈”。 除非细菌能够通过水游动或漂浮到彼此身边，否则通常不可能实现两微米的接近。 然而，正如所提到的，土壤通常布满了空气和其他障碍物。 微生物该怎么办？
根据德国科学家团队在科学报告上发表的一项新研究，事实证明，真菌是答案。 有点奇怪的是，该团队使用一种实际上不是真菌的生物体来测试“真菌高速公路”假说，但它可以在电视上扮演真菌的角色：一种称为终极腐霉的卵菌 (oh-oh-MY-seat)。 虽然它们与真菌没有密切关系，但卵菌——也称为水霉——看起来和行为都像真菌，引起了爱尔兰马铃薯饥荒，并且今天仍在危害许多农作物。 为了本研究的目的，作者显然认为卵菌和真菌在功能上是相同的，大多数植物可能会同意这一观察结果。
他们从两种细菌菌株开始，一种发出红色荧光（含有供体质粒的亲本菌株），另一种根本不发光（受体菌株）。 红色荧光菌株拥有一个质粒，其中包含一个编码绿色荧光蛋白的基因，该基因的产生在红色亲本中受到抑制。 但是，如果红色荧光细菌通过细菌性行为将该质粒传递给不发光的亲本，则受体细菌将发出绿色荧光。
将两种亲本谱系的细菌放置在果冻状琼脂（实验室中培养细菌的标准平台）的碎片上，碎片之间间隔 400 微米的气隙。 沉积在琼脂上的腐霉随后通过生长菌丝桥接两个碎片之间的间隙。
在缺乏腐霉的对照组中，没有出现绿色细菌。 但在含有腐霉的培养物中，发光的绿色细菌很容易出现在桥接亲本培养物的菌丝上。
红色亲本细菌和细菌交配（结合）的绿色后代覆盖了腐霉的菌丝，该菌丝桥接了亲本细菌培养物之间的气隙。 来源：Berthold 等人，2016 年
科学家们想知道真菌丝状体在促进不同可导航性土壤中细菌性行为方面的重要性。 为此，他们以三种不同的方式制备实验室琼脂凝胶，使其易于、中等硬度或难以让细菌在其上移动。 然后，他们测试了在腐霉存在或不存在的情况下，细菌在这些表面上交配的能力。 在细菌易于移动的环境中，在腐霉存在的情况下，水平基因转移并没有比不存在的情况下多多少。
但是，当细菌生长的凝胶使其更难移动时，细菌会堆积到腐霉的菌丝上。 结果，它们交配得更多，仅仅是因为它们更有可能彼此碰撞。 作者说，这项实验强调了真菌高速公路鼓励结合的主要原因：它减少了细菌可以移动的水量，因此增加了它们相遇的几率。
因此，真菌可能对细菌多样性的进化做出重要贡献，地球上或土壤中真菌的首次出现可能刺激了随后的细菌进化的爆发，作者写道。 这些发现还有助于解释为什么已观察到树根周围的土壤是细菌进化的热点区域，因为树根被共生真菌鞘包裹。 这些和其他土壤真菌的细长、湿润的丝状体显然使细菌能够通过地下高速公路快速移动，在那里，夜间航行的船只充分利用其拥挤的航道来获得好运。
参考文献