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
對於細菌來說，在泥土中移動並不容易。 那些可以移動的細菌依賴於水來游泳，但土壤中充滿了氣穴和乾燥的顆粒（毫無疑問，對細菌來說是巨石），阻礙了前進。
然而，新的研究表明，真菌的菌絲可能充當高速公路，使土壤細菌能夠比原本可能的速度更快、更遠地移動。 這條高速公路也有一個有趣的副作用：它也是一個約會服務。
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細菌是迄今為止土壤微生物中最豐富和最多樣化的居民，在典型的克土壤中（一克約為百分之三盎司）有來自 100,000 個物種的 100,000,000 個個體。 同樣微小的克土壤也包含數英里的真菌絲狀體，稱為菌絲 (HI-fee)，這是我去年在 Radiolab 節目中提到的一個事實。 雖然數量上少於細菌，但絲狀真菌的重量超過它們，佔土壤微生物生物量的 74% 之多。
細菌可能會面臨土壤中快速變化的條件：溫度、溼度、食物和毒素都可能波動。 然而，它們應對變化最重要的工具不是 DNA 中的突變，而是細菌的“性”。 細菌的交配方式不像大多數動物那樣，透過卵子和精子的結合來整體結合基因組。 相反，它們可能會透過細菌之間的對接隧道（稱為結合的過程）在稱為質粒的小環狀 DNA 上交換一個或少量基因。 儘管數量可能很少，但這些基因可能編碼賦予強大能力的蛋白質，如抗生素耐藥性。 這種交換在業內被稱為“水平基因轉移”，因為它們涉及無關生物體之間的基因轉移，而不是從親代到子代的基因轉移。
然而，為了使這種情況發生，細菌需要非常接近——真的非常接近。 實驗表明，細菌必須在彼此兩微米之內才能進行“探戈”。 除非細菌能夠透過水遊動或漂浮到彼此身邊，否則通常不可能實現兩微米的接近。 然而，正如所提到的，土壤通常佈滿了空氣和其他障礙物。 微生物該怎麼辦？
根據德國科學家團隊在科學報告上發表的一項新研究，事實證明，真菌是答案。 有點奇怪的是，該團隊使用一種實際上不是真菌的生物體來測試“真菌高速公路”假說，但它可以在電視上扮演真菌的角色：一種稱為終極腐黴的卵菌 (oh-oh-MY-seat)。 雖然它們與真菌沒有密切關係，但卵菌——也稱為水黴——看起來和行為都像真菌，引起了愛爾蘭馬鈴薯饑荒，並且今天仍在危害許多農作物。 為了本研究的目的，作者顯然認為卵菌和真菌在功能上是相同的，大多數植物可能會同意這一觀察結果。
他們從兩種細菌菌株開始，一種發出紅色熒光（含有供體質粒的親本菌株），另一種根本不發光（受體菌株）。 紅色熒光菌株擁有一個質粒，其中包含一個編碼綠色熒光蛋白的基因，該基因的產生在紅色親本中受到抑制。 但是，如果紅色熒光細菌透過細菌性行為將該質粒傳遞給不發光的親本，則受體細菌將發出綠色熒光。
將兩種親本譜系的細菌放置在果凍狀瓊脂（實驗室中培養細菌的標準平臺）的碎片上，碎片之間間隔 400 微米的氣隙。 沉積在瓊脂上的腐黴隨後透過生長菌絲橋接兩個碎片之間的間隙。
在缺乏腐黴的對照組中，沒有出現綠色細菌。 但在含有腐黴的培養物中，發光的綠色細菌很容易出現在橋接親本培養物的菌絲上。
紅色親本細菌和細菌交配（結合）的綠色後代覆蓋了腐黴的菌絲，該菌絲橋接了親本細菌培養物之間的氣隙。 來源：Berthold 等人，2016 年
科學家們想知道真菌絲狀體在促進不同可導航性土壤中細菌性行為方面的重要性。 為此，他們以三種不同的方式製備實驗室瓊脂凝膠，使其易於、中等硬度或難以讓細菌在其上移動。 然後，他們測試了在腐黴存在或不存在的情況下，細菌在這些表面上交配的能力。 在細菌易於移動的環境中，在腐黴存在的情況下，水平基因轉移並沒有比不存在的情況下多多少。
但是，當細菌生長的凝膠使其更難移動時，細菌會堆積到腐黴的菌絲上。 結果，它們交配得更多，僅僅是因為它們更有可能彼此碰撞。 作者說，這項實驗強調了真菌高速公路鼓勵結合的主要原因：它減少了細菌可以移動的水量，因此增加了它們相遇的機率。
因此，真菌可能對細菌多樣性的進化做出重要貢獻，地球上或土壤中真菌的首次出現可能刺激了隨後的細菌進化的爆發，作者寫道。 這些發現還有助於解釋為什麼已觀察到樹根周圍的土壤是細菌進化的熱點區域，因為樹根被共生真菌鞘包裹。 這些和其他土壤真菌的細長、溼潤的絲狀體顯然使細菌能夠透過地下高速公路快速移動，在那裡，夜間航行的船隻充分利用其擁擠的航道來獲得好運。
參考文獻