如果你想發現一個隱藏的新生命形式世界，你不必搜尋黑暗的洞穴或跋涉穿越偏遠的雨林。只需看看你的腳下。當時還是研究生的安娜·羅斯林前往瑞典北部繪製一種特定的喜根真菌的分佈圖時，她發現了一些更有趣的東西：她的許多根樣本都含有來自未知物種的 DNA 痕跡。更奇怪的是，她從未遇到過完整的生物體。當野外考察季結束時，她只分離出了原始的遺傳物質片段。這些片段顯然屬於真菌界，但除此之外，它們幾乎沒有透露任何資訊。“我對此著迷了，”羅斯林回憶道，她現在是瑞典烏普薩拉大學的進化生物學教授。
從那時起，真菌學家們意識到，這種幽靈般的存在無處不在。指向一塊泥土、一片水域，甚至是你呼吸的空氣，很可能都充滿了沒有人見過的蘑菇、黴菌和酵母（或它們的孢子）。在海溝、青藏高原冰川以及兩者之間的所有棲息地，研究人員都在常規地檢測到來自晦澀真菌的 DNA。透過對這些片段進行測序，他們可以判斷自己正在處理新的物種，成千上萬種，它們在基因上與任何已知的科學物種都不同。他們只是無法將這些 DNA 與在世界各地生長的有形生物體相匹配。
這些難以捉摸的生物如此普遍，以至於科學家們稱之為“暗真菌”。這與同樣難以捉摸的暗物質和暗能量相提並論，它們構成了我們宇宙的 95%，並對幾乎所有事物都施加著巨大的影響。與那些看不見的實體一樣，暗真菌是隱藏的推動者和影響者。科學家們確信，它們執行著與已知真菌相同的重要功能，在生態系統中引導能量流動，分解有機物並迴圈利用養分。暗真菌是生物學家 E. O. 威爾遜所說的“掌控世界的小東西”的主要例證。但它們神秘的生活方式給試圖展示它們如何掌控世界的科學家們帶來了令人抓狂的挑戰。
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分類學家僅描述了全球生物多樣性評估預測的數百萬種真菌中的 15 萬種，而最近的發現表明，剩餘的絕大部分可能無法進行常規的生物學調查。“我們甚至還沒有開始觸及表面，”瑞典哥德堡大學的真菌學家亨利克·尼爾森說。“我敢打賭，絕大多數將是暗真菌。”鑑於真菌在我們賴以生存的生命網路中的核心地位，專家們認為我們應該更好地掌握它們。
我們對暗真菌的所有了解都來自環境 DNA，或 eDNA。該術語指的是鹼基對鏈——DNA 的組成部分，它們不斷地從所有生物體上脫落。研究人員可以分析這些自由漂浮的雙螺旋片段，以確定哪些物種曾在某個區域活動，而無需親眼看到它們。為了專門識別真菌，科學家們會尋找一種方便的遺傳標記，稱為內部轉錄間隔區 (ITS)，它由數百個鹼基對組成，這些鹼基對進化迅速，因此有助於區分物種。雖然 ITS 只是基因組中很小的一部分，但研究人員可以使用 COVID 實驗室測試中使用的相同的聚合酶鏈式反應技術將其分離出來並擴增。如果一個 ITS 序列與基因資料庫中的所有其他序列都足夠不同，則無論科學家是否親眼看到它的物理形態，它都被認為代表了一個新物種。
在千禧年之交，eDNA 測序作為一種發現物種的新方法突然出現。正如克拉克大學的真菌學家大衛·希貝特和他的同事在2009 年撰文所說，科學家們突然發現自己被“資料洪流”淹沒。這種湧入暴露了暗真菌的巨大數量。今天，希貝特說，“我們對真菌多樣性豐富程度的理解確實正在被這些暗生物所擴大。”
研究人員每年透過標準途徑發現大約 2000 種新真菌，在自然界或顯微鏡下發現它們。然而，一項 eDNA 研究可以記錄到的暗真菌數量是這個數字的 10 倍。通常情況下，這些片段是其生態系統中最豐富的 DNA 樣本之一。“我不認為我曾經見過任何環境測序研究的未知物低於 30%，”尼爾森說，而且這個比例通常要高得多。有時，只有少數 DNA 序列可以在任何有意義的分類學級別上進行分類，將它們從一個界（在本例中為真菌界）縮小到一個門，然後再到一個綱，依此類推，直到一個物種。
找到完整的標本可能很困難。許多真菌是微觀的，甚至是單細胞的，一小份生物材料可能包含數百種難以分離的真菌。其他物種則以可見的蘑菇和根狀菌絲體形式生長，但它們是短暫的，因此很容易錯過。至於在實驗室培養物中培養這些生物體，提供合適的條件可能很困難。一個捷克微生物學家團隊最近聲稱，“理論上，沒有什麼是不可能培養的”，但真菌學資金和人員短缺，因此實際上，我們對暗真菌的洞察通常止步於 DNA 片段。
然而，我們所知道的並非微不足道。正如羅斯林所說，“在環境 DNA 序列中，資訊量遠不止鹼基對。”透過尋找與已知物種的相似之處，真菌學家可以查明暗真菌最接近的親屬，並由此推斷出許多關於其生命週期和生態作用的資訊。儘管如此，在沒有完整標本的情況下，一個人可以學到的東西是有限的，尤其是在沒有特別近的親屬的情況下。“如果它在完全陌生的領域，”希貝特說，“那將非常神秘。”
以羅斯林在研究生院發現的那組真菌的 DNA 為例。多年後，她震驚地發現其中一種在 1999 年遺忘已久的培養物中茁壯成長。事實證明，它是被稱為古根黴綱的第一個已知成員，該綱包含數百種生活在世界各地土壤中的暗物種。作為參考，哺乳動物是一個綱。“我們不瞭解這種規模的類群，”羅斯林驚歎道。
2011 年，一位名叫梅雷迪思·瓊斯的英國微生物學家發現了一個可能的新門，恰如其分地命名為隱真菌門，該門以前是暗門。（作為參考，哺乳動物綱是脊索動物門的亞群。）這些發現不僅僅是對生命之樹的微小修訂。除了在真菌分支上增加一個巨大的分支外，隱真菌門還是一個重磅炸彈，因為它缺乏纖維物質幾丁質，幾丁質曾經被認為是所有真菌的定義特徵。自從羅斯林的團隊做出這一發現以來，古根黴綱已被認為是潛在的關鍵物種。如果它們不存在——與植物形成共生關係，將有機分子分解成碳和氮，供其他生物體利用——整個生態系統可能會崩潰。顯然，我們無法從 DNA 中解讀全部故事，但這只是一個起點。在研究人員追蹤或培養出暗真菌之前，它們對我們來說主要以 ITS 序列的龐大星系形式存在。真菌學家將這些序列稱為“條形碼”，因為它們明確地將遺傳物質與物種聯絡起來。在全球 DNA UNITE 資料庫的 1000 萬個條形碼中，許多都以“未識別”的標籤而無人問津。
為了激發人們對這些分類學孤兒的興趣，尼爾森列出了“最受關注的 50 種真菌”，代表了最大的未識別譜系，這些譜系有 DNA 但沒有標本。其中有幾個已經被定義，但他認為自 2016 年他發出搜捕令以來，其餘的並沒有受到足夠的關注。“每個人都想發表論文，而現在機會來了，”他說。“所有的資料都已為你整理好。去看看，我相信你能找到一些東西。”尼爾森的意思是，人們不僅可以在數字上這樣做，還可以在物理上這樣做：UNITE 條目包括 DNA 序列的地理分佈，因此任何人都可以真正在現實世界中尋找相應的物種。
該列表不一定涵蓋經濟或生態意義最重大的暗真菌，只是涵蓋了尚未在最高分類學級別（如門和綱）進行分類的暗真菌類群。儘管如此，當被問及可能的益處時，尼爾森毫不猶豫地表示贊同。例如，真菌生物學的未開發邊緣可能會產生有價值的化學物質或藥物（青黴素和器官移植排斥治療藥物環孢素就是從真菌中提取的，僅舉兩個例子）。“這些物種中的一種或多種將被證明對人類非常重要，”他說。
最重要的是，暗真菌對於生物圈的正常運轉至關重要。它們與自然的其餘部分完全交織在一起。為了保護它們以及它們所支撐的所有錯綜複雜的、維持生命的過程，研究人員必須堅持不懈地逐個確定它們。“捕捉這種多樣性，”羅斯林說，“可以幫助我們對保護有一個更明智的看法。”
隨著處理 eDNA 技術的進步，真菌學家比以往任何時候都更有能力提取暗秘密。高通量測序和單細胞基因組學——顧名思義，它可以從單個細胞中收集幾乎完整的基因組——與傳統的條形碼測序相比，都提供了顯著的改進。結合用於對環境樣本中的大量細胞進行分類和培養的尖端技術，這些方法可以更深入地瞭解神秘的暗真菌世界。“想象一下所有正在進行的酷炫的化學、生物學和生態學，”尼爾森說。“所有這些相互作用，我們對此一無所知。這個想法給了我能量。”