本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
每年，真菌產生 5000 萬噸空氣傳播的孢子——足以讓地球表面每平方毫米都覆蓋 1000 個孢子。這些孢子的質量相當於 137 座帝國大廈、527 艘企業號航空母艦（不是星艦）——或者大約 2000 萬輛奧斯卡·梅耶維納移動車。
我們知道真菌為什麼要產生這些孢子，我們也知道它們為什麼在 атмосферу 中漂浮：為了傳播它們親本的基因。但是，有了所有這些孢子，人們不禁要問，是否還有其他事情正在發生——正如俄亥俄州邁阿密大學和辛辛那提聖約瑟夫山大學的一些科學家最近所做的那樣。
大氣中漂浮的大部分真菌孢子是由蘑菇產生的。蘑菇是擔子菌綱，這是一大類真菌，它們的名稱來源於它們產生孢子的方式。擔孢子從擔子——棒狀細胞，帶有四個末端突起，稱為小梗——中生長出來。孢子從小梗的尖端像氣球一樣膨脹。之所以有四個，是因為這些細胞的細胞核是減數分裂——有性細胞分裂——在擔子內產生的四個產物。
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蘑菇菌褶的切片，來自傘菌屬。A=小梗，B=擔子，C=擔孢子，D=未成熟的擔子。比例尺 = 0.01 毫米。作者：Jon Houseman - Jon Houseman 和 Matthew Ford，CC BY-SA 3.0，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=33000998
許多擔孢子——由 16,000 種已描述的蘑菇物種以及稱為鏽菌的植物寄生菌和一些酵母菌產生的孢子——具有一種迷人的彈射孢子傳播機制，該機制由水和少量糖驅動。它被描述為“表面張力彈射器”，它賦予參與其中的孢子“彈射孢子”的名稱。（我們現代對這個過程的理解的機制在令人耳目一新的標題“比太空梭更大的加速度：彈射孢子釋放”中被闡述
蘑菇孢子是如何發射的。圖 1 來自 Hassett 等人，2015 年。
真菌學，早在 1998 年。）
孢子帶有一個稱為臍狀突起的微小突起。在尖端，真菌分泌包括甘露醇和各種己糖在內的糖類。糖是吸溼性的，這意味著它們具有從環境中吸收水分的傾向（在許多結塊的糖袋中都可以看到）。當潮溼時，這種糖的光澤會促進臍狀突起上的冷凝，形成一個稱為布勒滴的小水體。同時，水也在附近的孢子表面積聚。這被稱為近軸滴。
在某個時刻，布勒滴足夠大，可以接觸到近軸滴，並且由於表面張力的作用，液滴突然融合。當這種情況發生時，孢子的重心會突然向側面傾斜。這種力與連線到小梗的力相反，小梗在高壓下膨脹。孢子和小梗之間的狹部斷裂，以約 25,000 g 的加速度將孢子從小梗上彈射出去，正如廣告宣傳的那樣，這相當於航天飛機發射期間宇航員所經歷的力的 10,000 倍。雖然太空梭在發射的前兩分鐘消耗了自身一半重量的燃料，但彈射孢子的臍狀突起水阱的糖燃料僅佔其重量的 1%。
當然，為了 NASA 的辯護，太空梭實際上離開了地球大氣層。彈射孢子的目的僅僅是不在通往最近的微風的路上被蘑菇掛住，並且由於空氣阻力，它在發射後迅速減速，然後隨著重力接管而向地球墜落。
現在孢子在空中漂浮，透過蘑菇的菌褶或菌管向下漂移，發現自己漂浮在下方的任何氣流中。其中一些氣流會將一些孢子帶入大氣層，在那裡它們發現自己漂浮在空氣、顆粒和雲層的海洋中。
當然，冷凝是 атмосферу 中發生的最重要的事情之一。它是從雲到雨、雪、雷暴、龍捲風和颶風的一切事物的起源。要在我們習慣的溫度下冷凝，水需要一個固體表面來附著。漂浮在 атмосферу 中的各種顆粒形成了這種表面的方便來源。雲——最終是雨——在這些顆粒周圍凝結，科學家們給這些顆粒起了個光榮的稱號：雲凝結核。許多東西都可以充當 CCN——汙垢、灰塵、煙塵、海鹽、花粉、植物孢子和細菌。因此，科學家們想知道——所有這些數百萬噸真菌孢子懸浮在那裡無所事事，又會怎麼樣呢？
彈射孢子的水在升空後不久就會蒸發。但是，促進其凝結的糖仍然存在。沉積在那裡的甘露醇是真菌的典型特徵，科學家們用它來衡量 атмосферу 中孢子的數量——這也是我們知道每年有 5000 萬噸孢子襲擊我們 атмосферу 的原因。理論上，這種糖釉可以催化另一個液滴的凝結。然而，之前沒有人研究過蘑菇孢子發射後的吸溼特性，以瞭解這是否真的會發生。
為此，俄亥俄州邁阿密大學的 Maribeth Hassett 和 Nicholas Money 以及聖約瑟夫山大學的 Mark Fischer 合作找出答案。他們在各種相對溼度下的溼度室中培養了來自七個不同物種的擔孢子。他們發現，在 102% 相對溼度（雲層中發現的典型過飽和水平）下保持的射出的孢子上，確實會重新形成大的水滴。布勒滴或近軸滴都會重新形成——通常是近軸滴——但永遠不會同時形成兩者。
在來自綠褶菌蘑菇的擔孢子的臍狀突起上，相對溼度為 102% 時形成液滴。A) 顯示液滴形成前的孢子，臍狀突起面向相機。B) 和 C) 液滴形成並擴大。比例尺為兩微米。圖 3 來自 Hassett 等人，2015 年。
當相對溼度降至 100% 以下時，液滴消失。但是，可以透過水合和脫水迴圈刺激液滴多次重新形成。
液滴生長和蒸發響應於溼度變化。圖 5 來自 Hassett 等人，2015 年。
雖然在布勒滴的部位形成的液滴從未超過正常孢子傳播期間發現的尺寸，但在近軸滴的部位形成的液滴生長得更大。一些超過了孢子的直徑，當它們足夠大時，它們會與附近孢子上形成的液滴合併，形成一個巨型液滴。
在相對溼度為 101% 時，在短柄乳牛肝菌蘑菇的孢子上生長的水滴。生長的液滴在中間和右側合併。比例尺為五微米。圖 6 來自 Hassett 等人，2015 年。
由於我們現在知道噴射出的蘑菇孢子可以在潮溼環境中積聚水分，因此它們可能——也許很可能——在森林上空的降雨中發揮重要作用。許多人可能想象雨滴是由許多微小液滴的合併形成的，這些液滴逐漸長大到巨大的尺寸，但實驗表明情況並非如此。直徑超過兩微米的大型 CCN 是雲層中非常重要的雨水種子。它們充當“巨型雲凝結核”（GCCN），透過撞擊和融合微小液滴並與 GCCN 周圍的液滴合併，形成我們熟知和喜愛的巨大雨滴。真菌孢子可能充當極好的 GCCN。
因此，森林上空可能存在一個巨大的且以前未被認識到的正反饋迴圈。蘑菇像鬱金香一樣在 अच्छी तरह से 浸泡後湧現，它們本身會產生孢子，這些孢子充當雨水種子，從而形成雨水，而雨水又會產生更多的蘑菇。該論文的作者認為，這一定是蘑菇的無意之舉。“孢子對雲層形成的假定影響沒有適應性意義，”他們寫道。“這是傳播機制的結果，恰好使其對真菌的益處超出了其傳播孢子的有效性。”
然而，這種影響具有非常重要的意義。如果氣候變化減少了熱帶地區和其他地方森林的降雨量，正如許多人預測的那樣，由此導致的蘑菇孢子形成量下降可能會使乾旱更加頻繁和嚴重，因為真菌-雨水反饋迴圈的負面影響抬頭了。
注意：這篇文章的靈感來自 Small Things Considered 上一篇關於同一篇論文的帖子。也去看看吧！
參考文獻
Hassett, Maribeth O., Mark WF Fischer 和 Nicholas P. Money。“蘑菇作為造雨者：孢子如何充當雨滴的核。”公共科學圖書館·綜合 10, no. 10 (2015): e0140407。
Money, Nicholas P.。“比太空梭更大的加速度：彈射孢子釋放。”真菌學 (1998): 547-558。