看似平和而安详的森林,实际上无时无刻不在进行着残酷的竞赛。在地面之上,植物需要不断地长高和扩大叶面积,以争取到更多的阳光和吸收更多二氧化碳。而在地面之下,植物则伸展着根系,来获得更多的水分和矿质元素。这一切,都是为了更好地进行光合作用,从而生产植物生长所必需的有机物。
然而,瑞士巴塞尔大学和瑞士保罗谢尔研究所的一项研究,却向这一看似“天经地义”的观点发出了挑战。研究者们发现,植物通过枝叶合成的同化产物,会通过根系在不同植株间发生着巨量的转移。换句话说,植物也会通过根系进行“地下交易”,彼此相互交换自身合成的有机物。
科学家们在瑞士巴塞尔地区的一片混交林中开展的这项实验,本身就是一个大工程——他们选取了5株高度近40米的欧洲云杉为实验对象,通过起重机在每棵树的树冠上布满了能释放二氧化碳的管道。通过精密的电子阀控制和传感器监测,整套FACE系统能将树冠笼罩在一定浓度的“标记用二氧化碳”氛围之中,实验时间长达五年之久。
研究者们在分析与被标记的欧洲云杉相邻的树木,如欧洲赤松、欧山毛榉以及欧洲落叶松的碳13丰度时发现,这些树木的根部,尤其是细根的碳13丰度也发生了显著的下降,而它们树冠部位的碳13丰度则没有显著变化。这一结果表明,被标记的欧洲云杉通过根系和周围树木间发生了有机物的交换。
科学家将目光投向了一大类植物的共生者:菌根真菌。
人们很早之前就知道,几乎所有的树木根系表面都会有真菌附着,形成所谓菌根的复杂网络结构。菌根的存在,不但有助于水分、矿物质的吸收,更为重要的是介导了复杂的有机物合成和转运过程。研究者对土壤中与植物根系共生的菌根真菌,以及普通的腐生真菌体内碳13丰度进行了测量,发现在未被标记的树木根际土壤中,菌根真菌和腐生菌具有类似的高碳13丰度。
而在被标记的树木及其邻近树木根际土壤中,菌根菌体内的碳13丰度则显著下降,而腐生菌则没有显著变化。
这一实验结果提示,植物之间的相互关系,远比人们之前所想象的频繁和复杂:植物根系间不但存在化学信息交流(如化感作用)、物质资源竞争外,还存在着同化产物的交换。那么,这种“地下交易”为什么会产生呢?目前我们还不知道确切原因。一个可能的解释是,植物向共生真菌提供了大量的有机物来支持自身菌根的生长,而不同植株的不同菌根之间则会争夺和再次分配这些有机物,从而形成了有机物的多向转移。