一个神秘的王国
1.
在地球上，存在著一個非常神秘的生物世界，它們對地球上的生態系統至關重要。有時，生物學家將這個世界稱為“隱藏的王國”，而居住在這個王國的生物就是真菌。
“隱藏的王國”這個名字并非無緣無故，據估計，真菌的種類可能高達 500 多萬種，可是已被科學家所知道的卻只有 10 萬種。在這個王國里，有霉菌、酵母菌、銹菌和蘑菇，它們受到的關注要遠遠少于植物或動物。而其中大家最為陌生的，可能就是真菌化石了。
變成了化石的真菌是極其罕見的，這主要是因為真菌實在太“脆弱”、太易分解了。多年來，科學家一直希望能將真菌的化石記錄與真菌的 DNA 分析結果進行比較。但它們的一些關鍵形態特征只能通過顯微鏡和化學分析才能確定。這其中包括由微觀的絲狀細絲構成的復雜網絡，以及由幾丁質構成的細胞壁，這些都是我們無法用肉眼看到的。
在此之前，我們可以確認的最古老的真菌化石大約可以追溯到 4.5 億年前，這個時間大約與植物從海洋遷移到陸地上相同。這一時期內的一種著名真菌化石叫巨型蘑菇化石（Prototaxites），它們可以高達 8 米多，在很長一段時間里，人們曾一直誤認為它們是樹。
○巨型蘑菇石畫作。 圖片來源：Mary Parrish /National Museum of Natural History.
2.
之前，一些科學家用基于 DNA 的“分子鐘”分析方法，發現真菌的進化可能始于比 4.5 億年更早的時間，大概在 7.6 億到 10.6 億年前。但是一直以來，并沒有化石記錄可以驗證這一觀點。
最近，在加拿大北極圈內的一個地區，來自比利時和加拿大的研究人員在頁巖中發現了一些微生物化石標本，而這些化石大約已經有 10 億年歷史了。他們從化石中檢測到了幾丁質，提取出已成為化石的真菌孢子和菌絲，這使得研究人員開始相信，這些在 10 億年前變成了化石的微生物就是真菌。
○一個有 10 億年歷史的真菌化石，其中含有最早的幾丁質記錄。幾丁質是一種纖維物質，它存在于真菌的細胞壁中，以及一些節肢動物的外骨骼和魚的鱗片中。 圖片來源：Loron et al.
這一發現填補了化石記錄的空白，它們的存在表明了真菌可能在植物出現之前就已經占領了陸地。研究人員將這些真菌命名為Ourasphaira giraldae，并在近期的《自然》期刊上刊登了這一結果。
這些真菌化石所在的巖石可能曾經是淺水河口的一部分。這樣的環境是非常有利于真菌生長的，因為這里有富含營養的水和被沖刷而來的有機物。古老的沿海棲息地具有高鹽度、高礦物質和低含氧量的特點，因此細胞壁不會輕易分解，從而為完美地保存真菌細胞壁內的幾丁質分子提供了優異的條件。
Ourasphaira可能是 10 億年前在河流與海洋交匯的地方所進化出的第一種真菌。雖然目前我們還不能確定Ourasphaira是原本就生存于河口，還是被沖進了沉積物中，但它們展現出了許多現代陸地真菌所擁有的獨特特征。它們有清晰的發芽孢子，有絲狀的菌絲，甚至細胞壁也含有幾丁質，這些都是明顯的真菌特征。如果不是已經知道它們非常古老，我們甚至很難將它們與現代真菌區分開來。
3.
從真菌在地球上出現開始，在過去的十億年間，它們在塑造地球的陸地生物圈中可能扮演了非常重要的角色。在 5 億年前，第一批出現在陸地上的植物與真菌形成了親密的伙伴關系。因為早期的植物沒有根，它們需要依靠它們的真菌伙伴向外擴散到原始的礦物土壤中。真菌菌絲會通過分泌有機酸來溶解巖石并從中提取營養物質。作為回報，植物會將通過光合作用產生的營養物質轉移給真菌。
這種發生在早期植物和真菌之間的資源交換，大大地促進了地球植物群的生長、進化和多樣化，使其轉變成越來越復雜的物種、群落和生態系統。這一幕至今仍在發生，超過 90% 的陸地植物都與這種或那種真菌相互關聯，有些植物甚至需要完全依賴于真菌的幫助才能生存。
陸地植物與它們的真菌伙伴的共生崛起也對我們的大氣產生了巨大的影響。為了能獲得豐富的礦物能源，植物進化出了更有效的光合作用機制來捕獲能量，例如它們要更好地控制進入和離開葉子的二氧化碳和水。在數百萬年的時間里，這種對二氧化碳的吸收的增加，導致了氧氣濃度的大幅度上升。在此之前，地球上的氧氣濃度或許只能支持和昆蟲差不多大的微型生命形式；而上升了的氧氣濃度則為更大、更復雜的動物生命出現提供了可能。
從那時開始，進化的故事就有了清晰的篇章。可是當新的化石證據表明，真菌可能比植物早 5 億年前就抵達了陸地時，就引發了對與這場共生之旅的啟程時間有關的根本性問題的思考。
之前人們認為，植物是與它們的水生真菌同伴同時過渡成為陸地生命的。但新的發現提出了一種新的可能，即為了讓植物生命成功地生長，地球上的陸地可能提前數億年就開始了準備。無論是溶解富含礦物質的巖石，還是分泌碳基的有機酸，在把貧瘠的土地變成現在肥沃、富含碳的土壤的過程中，真菌都作出了極其重大的貢獻。植物之所以能得以出現，可能都是因為遠古的真菌祖先在很久很久以前就為它們打下了基礎。
4.
總的來說，發現這些化石具有兩大重要意義。首先，這些化石協調了基于 DNA 和古生物學對真菌起源的判斷，將真菌的起源追溯到了至少 10 億年前；其次，從這些化石中，我們可以找到與第一批真菌生存環境有關的線索。
目前，科學家面臨的主要挑戰是要確定這些古代真菌是否起源于陸地，并且還要確定它們在生命進化樹上的位置。接下來，研究人員將會把研究重點放在發現更多的真菌化石上，為我們理解對早期生物圈的進化帶來飛躍性的進展。
我們已經了然于胸的是，如果沒有真菌，我們就不會存在。無論是在沙漠還是熱帶雨林，真菌在維持全球健康的生態系統方面都發揮了至關重要的作用，它們支撐著今天地球上的所有生命。如今來看，我們可能還欠它們 5 億年的感謝。
參考鏈接：
[1]https://theconversation.com/complex-life-may-only-exist-because-of-millions-of-years-of-groundwork-by-ancient-fungi-117526
[2]https://theconversation.com/im-an-evolutionary-biologist-heres-why-this-ancient-fungal-fossil-discovery-is-so-revealing-117488
[3] https://www.nature.com/articles/s41586-019-1217-0
[4]https://www.nature.com/articles/d41586-019-01629-1
[5] http://blogs.discovermagazine.com/deadthings/2019/05/22/fossil-fungi/#.XOdMgad7FD1
總結
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