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自然界的共生奇迹中藏着哪些黑科技！
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日期：2025-05-13 10:04:39
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从一滴水照见宇宙洪荒，到一枚神经元编织智慧星云，科学不再是公式的堆砌，而是万物共舞的诗行，我们将这种难以言喻的美，用镜头一一呈现。由中央广播电视总台社教节目中心出品，中国科学技术协会专业指导的五集科学纪录片《科学之美》，正在CCTV-10科教频道热播。一起来看第二集《共生之力》→
在云南大学虫草标本馆，陈列有近两万份虫草标本，这些标本都是真菌与各种昆虫结合而成的珍贵展品。众多珍贵的标本中，一种叫蚂蚁虫草的独特真菌，始终是云南大学生态与环境学院虞泓教授及其科研团队探索与研究的重点对象。
为了探索这片未知领域中真菌物种多样性的科学奥秘，虞泓教授带领他的科研团队深入密林，希望能找到这种特殊的蚂蚁虫草。这是一场真菌孢子与蚂蚁的奇妙邂逅。蚂蚁被真菌感染后，行为变得异常，它们毅然离开巢穴，开启了自然界中一场无声的共生与蜕变之旅。
这些非同寻常的现象，是寄生真菌精心策划的结果。真菌通过操纵蚂蚁神经系统，巧妙地诱导蚂蚁攀上高枝，紧紧咬住叶片，从而为真菌自身营造一个理想的寄生场所。此时，真菌会无情地终结蚂蚁的生命，并在其体内蓬勃繁衍。最终，新的菌丝和孢子会从蚂蚁的头部探出，宣告这一共生过程的终结与新生的开始。
这不仅是生与死的较量，更是跨物种间深刻而复杂的共生关系的体现。
尽管过程看似残酷，但这种共生在自然界中至关重要，它们共同维系着生态的循环不息。实际上，真菌除了热衷于寄生于动物，更多情况下它会与土壤结合，孕育出自然界中形态万千的蘑菇。当秋天来临，繁茂的森林中一颗颗微小而充满生命力的真菌孢子，承载着生命的希望，开始萌发。
孢子成熟之后，它会通过液滴的爆破，产生一个主动的、喷发的力量，把孢子直接弹出来。
小小的液滴看似柔弱，但释放的能量能让孢子弹射很远。尽管多数孢子落在蘑菇周围，但仍有部分勇敢者飘向远方，以数百公里的时速带领我们探秘六千米高空的地球景象。一旦它们找到了肥沃的土壤、坚韧的树木或是其他富含营养的有机物，便开启了一场新生命的繁育。
真菌，这一地球上历经十亿年沧桑的古老生物群落，独立于植物与动物之外，构成了自然界独特的第三生命体系。从孢子萌发到新生命体的诞生，真菌的传播充满了种种不可预知的奇妙际遇。实际上，它除了可以与动物形成独特的共生关系外，还与土壤和植物紧密结合，共同编织着生态系统的繁复网络，为人类带来了更多的福祉与惊喜。在中国黑龙江省南部，土壤生态学专家陈保冬专注于利用真菌共生的优势，惠及农田。他带领团队采集了300余种自然环境中的共生真菌样本，细致分离并培养孢子，希望这些真菌在农田中充分发挥与农作物共生的强大力量。这些真菌与植物的根系紧密结合，当我们深入其内部可见菌丝体巧妙渗透于根部细胞间隙，形成独特的“丛枝”结构，宛如自然界的工程师。
菌根真菌依赖于植物根系提供的碳水化合物来维持自身生长，而植物通过丛枝菌根真菌吸收所需矿物质等养分。丛枝菌根真菌的菌丝网络，如同地球的血管，深入土壤腹地，高效地汲取着珍贵的水分与矿物质。这股生命之力，不仅滋养了植物，更赋予了它们对抗逆境、遍布大自然的坚韧力量。陈保冬从接种菌根真菌的地块和没有接种菌根真菌的地块各取了一株水稻样品，可以明显地看到，水稻不同组之间生长差异较大，接种菌根真菌的水稻要大得多，根系也发达得多。基本上接种菌根真菌的水稻平均增产幅度为10%。陈保冬认为，以真菌技术为代表的生物技术，是未来农业的一个方向。真菌，这一自然界的神奇存在，与动物、土壤、农作物紧密结合，它们不仅促进了生态系统的繁荣，还展现了多样的共生关系。更令人称奇的是，真菌还能与藻类结合共生，为自然界的多样性增添了又一抹亮色。在中国科学院微生物研究所，中国科学院院士魏江春展示了上世纪60年代在珠穆朗玛峰科考时采集的地衣标本。
1966年至1968年间，中国科学院开展了第二次珠穆朗玛峰登山科考，魏江春院士带领的科考队抵达海拔6100米高度，这个海拔高度特点是空气稀薄、伴有强风暴雪并且土壤条件异常贫瘠，但就是在这样的极端环境里，科考队却意外发现了地衣的存在。
地衣凭借其独特的生理机能，展现出惊人的适应力和生命力。当孢子随着微风飘到了岩石上，开启了真菌与藻类的奇妙共生旅程。“小黑点就是子囊盘，里头有子囊孢子。”魏江春院士说，孢子放射出来后，在空气中遇见藻细胞，就共生了，生成地衣。他认为真菌用菌丝体搭建房子，藻细胞来做饭，即“菌藻共生”。科研人员对野外采集的地衣标本，进行了真菌与藻类分离。这是显微镜下放大了400倍的藻类，它们能通过光合作用为真菌提供营养。而这些米粒形态的生物是真菌，它们发育成菌丝之后就可以很好地保护藻类，让藻类免受强光直射而死亡。自然界中，真菌与藻类相互依存，形成共生关系。更神奇的是，地衣还能分泌地衣酸，它对地球生命演化至关重要。魏江春院士介绍称，自然的产物把岩石慢慢地风化，风化成了土壤。苔藓只能生长在土壤上，所以苔藓得以在此生长。若干年之后，草类也生长了起来，最后树木也开始生长。所以整个地球上的绿色植物，是在地衣作为“开路先锋”之后，才有条件生长的。地衣在自然界中扮演着重要角色，不仅为植物和生物提供了宝贵的栖息环境，还蕴含着非凡的治沙潜能。研究员收集了共生菌与共生藻的悬液，在沙土培养基上人工合成地衣。由于地衣有固着土壤、促进水分保持等特性，因此在极端干旱沙化的土地上，它可以有效稳定沙土，防止风蚀和水蚀。“通过人工的手段加速地衣共生的产生，从而能够让它在沙土表面快速地形成结皮，实现流动沙土的固定，帮助我们进行干旱和半干旱荒漠的人工恢复。”中国科学院微生物研究所研究员魏鑫丽解释道。真菌与藻类结合的地衣，虽看似脆弱，却在极端环境中展现着共生的智慧。实际上，大自然的共生不仅普遍存在于真菌界，也同样存在于真菌与细菌中。中央美术学院设计学院生物设计实验室负责人蔡潇通过图片让大家看到细菌纤维素的产品形态是特别多样的。比如椰果粒、书籍、家具、人造眼角膜等产品，都是由细菌纤维素去做成的，它是一个应用范围极其广的材料。细菌纤维素是一种独特的生物膜材料，它是由细菌与酵母共生培养而成，有着极高的纯度和独特的纳米级结构，是成分最纯净、最细的天然纤维。这些卓越的生物特性使得它在很多领域扮演着至关重要的角色。细菌能够与多种酵母结合，这种结合共生的营养源来自含糖类物质，例如粮食和水果等。通过这种结合，细菌能够生成具有独特性质和多样化材质的细菌纤维素。“细菌纤维素比棉纤维素要小了100倍。完全是通过发酵的过程，或者说生物合成的过程而实现了在大自然中直接得到新的纤维素。”东华大学材料科学与工程学院研究员王华平说。共生关系在自然界中的奇妙作用，不仅孕育出了细菌纤维素这一新材料，更带动了材料科学、生物医学等相关领域的创新与发展。蔡潇认为现在的社会是日新月异的。科学在不断地有发现，我们把它变成应用，变成科技，然后又推动着科学上有更多的发现。
王华平表示一棵树同样含有纤维素，它需要十年成材，而细菌纤维素就要几个小时。在自然界大循环当中，我们打造了许多人为或者是科技创新的新的微循环，这样对整个生态更加有利。
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