土壤中的生命秘密

在一個寒冷的春天早晨，黛安娜·沃爾正在嘗試一種通常用於在高爾夫球場上打洞的工具——她無法抑制自己的興奮。她的團隊一直使用更加費力的方法來採集土壤及其居民生物的樣本。“哦，這是一個漂亮的核心樣本，”她說，一位學生正在將一個裝滿微小線蟲的樣本裝袋。“你好，線蟲！”

沃爾是科羅拉多州立大學（位於柯林斯堡）的一位土壤生態學家和環境科學家。她來到距離校園以東約一小時車程的這個地點，為她的最新實驗之一收集資料。她和她的同事正在透過用臨時遮蔽物覆蓋一塊草地來製造人工乾旱。他們預計，捕食性線蟲將會死亡或進入一種假死狀態，留下以植物為食的寄生性線蟲來主導生態系統。“植物在地下如何應對乾旱？”她想知道。

幾十年來，沃爾一直在提出並回答關於土壤的類似問題。她已成為關於泥土中隱藏生物多樣性最受讚譽和最直言不諱的專家之一，她研究了世界幾乎每個角落的土壤及其居民。她特別喜歡南極洲，自 1989 年以來，她幾乎每年都會訪問那裡。正是在那裡，她和一位同事做出了一個具有里程碑意義的發現，證明地球上最乾燥的地方之一的土壤中存在一些動物生命，而不是像許多人認為的那樣是無菌的。

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挑戰正統觀念的相同動力也幫助她在女性曾經很少見的領域取得了進步。“很多時候，我覺得自己撞到了玻璃天花板，感到很沮喪，”她說，然後強調了情況是如何改善的。“今天，我很高興看到這麼多女性在南極洲和其他地方進行研究。”

除了她自己的實驗之外，沃爾還成為了土壤科學和保護的大使——而此時 土壤生態系統正受到 侵蝕、汙染、殺蟲劑和氣候變化等力量的破壞。在過去的兩個世紀左右的時間裡，土壤退化 已將數十億噸儲存的碳釋放到大氣中，這種排放可能會加速，加速氣候變化。除此之外，沃爾說，土壤面臨的威脅可能會危及糧食生產、水質以及人類、植物和動物的健康。她說，目前的道路“使我們所知的陸地生物多樣性世界非常不確定”。

沃爾和其他科學家為提高土壤知名度所做的努力已經產生了影響。聯合國宣佈 2015 年為國際土壤年，5 月，沃爾前往內羅畢啟動了 全球土壤生物多樣性圖集——這是一個由 100 多位科學家組成的團隊開發的綜合資訊，她幫助領導了該專案。

西雅圖華盛頓大學的地理形態學家大衛·蒙哥馬利說，沃爾激發了許多其他研究人員在對社會重要的主題上的科學研究和推廣。“我們需要更多一流的科學家願意在這些領域發言。”

與冰雪相連

這個月，沃爾正忙於計劃她下一次的南極洲之旅，像往常一樣，這次旅行將在聖誕節之後進行。她的同事開玩笑說，這些旅行讓沃爾保持年輕，因為她經常在生日時跨越國際日期變更線，實際上是從日曆上刪除了這一天。假設她通過了體檢——她為此正在游泳和騎腳踏車——這次旅行將是她第 27 次前往南極洲。

沃爾 72 歲，精力充沛。她身材高挑而苗條，說話語速很快，在描述土壤中從線蟲到大量微生物的生物動物園時，她的步伐加快了。她強調，細菌和其他微生物提供了人類習以為常的服務：過濾水、穩定土壤、改善空氣質量以及迴圈利用使農作物生長的養分。“我喜歡把它想象成地下的一家工廠，”她說。

沃爾認為她的母親，一位生物老師，幫助激發了她對生物學的終生興趣。沃爾在肯塔基州列剋星敦長大，在她的家鄉肯塔基大學獲得了植物病理學博士學位。1972 年，她前往美國西海岸攻讀線蟲學研究生研究——她確信線蟲寄生蟲可以揭示很多關於地上生命行為的資訊。

加利福尼亞州起初讓她感到震驚。“這讓我大開眼界，因為我從未跨過密西西比河，而且——哦，我的天哪，樹木在哪裡？”她說。但她最終喜歡上了那裡，加州大學河濱分校在接下來的二十年中一直是她的家。

她串聯了一系列資助來維持她的工作，她確信土壤微生物比大多數研究人員意識到的更重要。“最初，我只是確信這些都會產生影響，我只是在等待被證明是錯誤的，”她說。

沃爾起初專注於沙漠和乾旱農田中的線蟲，她的大部分研究是在南加利福尼亞、新墨西哥州和密歇根州進行的。到 20 世紀 80 年代末，她正在尋找方法來了解一個物種對生態系統的影響。“如果你想了解植物寄生蟲如何影響根部或捕食者，你如何排除土壤中的一切，只留下它？”

她嘗試用化學物質殺死物種，但它們也傷害了她想要研究的東西。然後一位同事建議沃爾去一個沒有植物的地方，那裡食物網更簡單。“我考慮了很多地方，”她說。“最後我們去了南極洲。”

她和來自新罕布什爾州漢諾威達特茅斯學院的同事羅斯·弗吉尼亞決定在美國麥克默多研究站附近的麥克默多幹谷收集樣本。這些山谷不降雪或降雨，溼度極低，以至於研究人員發現了數千年前進入山谷的木乃伊化的海豹遺骸。之前的研究人員在夏季涓涓細流的冰川滋養的溪流附近發現了線蟲和其他生命，但專家認為構成山谷大部分的乾燥土壤是貧瘠的。

在沃爾和弗吉尼亞首次訪問幹谷時，他們只有六個小時的時間儘可能多地收集樣本，然後直升機返回接他們。他們在大約 65% 的樣本中發現了線蟲。“我簡直不敢相信，”她說。最終，這表明即使在最不適宜居住的地下環境中，生命也能茁壯成長，揭示了主要的生態系統被忽視了。

沃爾除了在 1992 年沒有獲得旅行資助外，每個野外季節都返回幹谷。為了表彰這項長期研究，美國地質調查局在那裡以沃爾和弗吉尼亞的名字命名了山谷。

他們在南極洲的工作與沃爾之前關於線蟲如何在美​​國西南部應對極端乾燥條件的研究結果相吻合。在奇瓦瓦沙漠，沃爾和她的同事表明，蠕蟲依賴於脫水乾燥：它們排出大部分水分並將代謝活動暫停。沃爾說，線蟲最終看起來像 Cheerios，即環形的幹穀物。

當她去南極洲時，沃爾和她的同事發現，幹谷線蟲使用相同的機制來應對那裡的乾旱條件。

沃爾一隻眼睛專注於微小的線蟲，另一隻眼睛則關注這些生物如何融入生態系統的更大圖景。這完全是她不斷增長的瞭解和強調地下生命重要性的願望的一部分——大約在過去十年之前，許多研究人員通常會忽略這一點。例如，追蹤落葉和其他有機材料分解的研究往往會忽略土壤生物的作用。

沃爾說她厭倦了這種有限的視角。“我們想表明動物在這些過程中很重要。”

因此，在 2001 年，她啟動了一項全球性的多年專案，以衡量土壤動物的影響。她的團隊將裝滿乾草的網袋傳送給世界各地 30 多個地點的同事。這些袋子放置在不同的位置，吸引了蠕蟲、甲蟲和其他型別的土壤無脊椎動物，而對照袋子則排除了它們。然後，沃爾的團隊分析了每個袋子中的碳含量，並比較了有和沒有土壤動物的情況下有機物分解的速度。結果支援了沃爾的觀點：土壤動物顯著提高了許多地區的分解速度。一項後續研究5 發現，排除土壤動物使分解速度的全球平均水平降低了 35%。

這些研究幫助說服研究人員更多地關注土壤中的生命。“我們現在瞭解這些生物對許多生態系統過程的重要性，”布宜諾斯艾利斯大學的生態學家艾米·奧斯汀說。

垃圾發現意味著，隨著氣候變化等力量改變土壤群落，碳在整個生態系統中的轉移方式可能會發生巨大變化。

沃爾和她的同事在最近在南極洲進行的野外考察中近距離看到了其中的一些情況。在尚未發表的工作中，他們發現幹谷中占主導地位的線蟲，一種名為Scottnema的特有屬，數量一直在下降，而一種生活在較溼潤土壤中的線蟲，Eudorylaimus，由於冰雪和永久凍土的融化而一直在增加。“看起來將會發生物種轉變，”她說。“這是一場棲息地之戰。”

斯科特線蟲 (Scottnema) 是沃爾最喜愛的線蟲。“它生活在最嚴酷的環境中，大部分時間是獨自生活，而且辨識度很高，”她說。但這並不是她擔心該物種數量下降的唯一原因。

這兩種線蟲以土壤中不同的碳源為食，種群變化可能會改變地下碳逸散到大氣中的速率。如果真是這樣，南極土壤的碳儲存潛力（南極是吸收大氣中二氧化碳的關鍵區域）可能會發生變化。她說，地球上其他地方土壤生物群的變化也可能會影響有多少碳被鎖住。

土壤的使者

今年八月，沃爾發現自己身在白宮，與其他專家和政策制定者一起討論土壤問題，這是一項旨在防止侵蝕和促進土壤健康的全國性努力的一部分。這是她在過去15年中越來越接受的一個角色的最新場景——將土壤健康帶到全球舞臺。

隨著沃爾的研究事業蓬勃發展，她擔任了更多的領導職位。她於 1993 年擔任美國生物科學研究所主席，並於 1999 年擔任美國生態學會主席。到那時，她參與這些組織使她的想法更加宏大。“我一直專注於南極研究，”她說。“我想我應該做更多的事情。”

她開始參與並領導越來越多的全球性倡議——例如，從 2001 年開始擔任國際生物多樣性觀測年主席，該專案資助了旨在強調世界各地生物多樣性重要性的研究專案。 2011 年，沃爾成為全球土壤生物多樣性倡議的創始科學主席，該組織是 5 月份釋出的土壤圖集的幕後推手。展望未來，沃爾希望將有關土壤健康和生物多樣性的資料納入全球政策，以應對大規模環境挑戰。她還與同事討論發起一項大型美國實驗，以解開土壤、生物多樣性和健康之間的關係。“保護和保護物種是一個非常古老的想法，土壤保護也是如此。但直到現在，這兩個想法才走到一起，”她說。

在為土壤奔走的同時，沃爾也是科學界女性的擁護者。在她剛起步時，她所在領域中沒有多少女性榜樣。當她第一次去南極時，她只能穿男士的保暖內衣和靴子，並在沒有坐式廁所的軍用飛機上忍受了八小時的飛行。

沃爾最初在 1980 年代後期被加州大學河濱分校拒絕了終身教職的職位，她和其他人認為，這個決定與她的性別有關。科羅拉多州立大學北美氮中心主任吉爾·巴倫說，沃爾如何從那次拒絕中恢復過來是她性格的象徵。“她繼續了她輝煌的職業生涯，”巴倫說。“她一直在努力確保其他進入這個領域的年輕女性不必再經歷這樣的事情。”

這種幹勁給剛剛進入科學界的人們留下了深刻的印象。在沃爾手下學習的博士生阿什利·肖回憶起他們的第一次會面。“她對她的科學和她正在做的事情非常熱情，”肖說。“我離開時感覺我能拯救世界。”

沃爾於 1993 年加入科羅拉多州立大學，擔任該機構自然資源生態實驗室主任。同事們說，在那裡，她吸引了跨學科、成就卓著的科學家，這提升了實驗室在校內外的聲望。她現在擔任該大學全球環境可持續發展學院的創始院長。

在那裡，在一間掛滿了南極照片和紀念品的辦公室裡，她熱情地談論著她對未來的目標，並且當人們問她是否計劃退休時，她會感到惱火。“無論我是否透過體檢去南極，或者年紀太大，必須從天空中給我空投輪椅，”她說，“我都想繼續研究這些問題。”

本文經許可轉載，並於 2016 年 9 月 13 日首次釋出於此處。