“未来是真菌的”：科学家描绘北方生物多样性的新时代

“未来是真菌的”：科学家描绘北方生物多样性的新时代 在北方树木的光合作用组织（或称"食光组织"）中，以及在它们之间铺满地面的云状地衣和羽毛状苔藓中，都隐藏着真菌。这些真菌是内生菌，也就是说，它们生活在植物内部，通常是互利共生的。农业、生命与环境科学学院植物科学学院和理学院生态学与进化生物学系教授、Bio5 研究所成员贝齐-阿诺德（Betsy Arnold）说："植物就是生活在真菌的世界里。内生真菌对植物的健康至关重要，其作用方式尚不完全清楚，但我们从内生真菌中了解到的一般情况是，它们能很好地保护植物免受疾病侵袭，并帮助植物更好地抵御高温等环境压力。它们是我们对植物认识的一场重要革命的一部分。"在杜克大学的 François Lutzoni（左）和亚利桑那大学的 Betsy Arnold 的共同领导下，项目组乘坐 DeHavilland Otter 飞行器从一个湖飞到另一个湖，专家飞行员 Jacques Bérubé（中）为项目实地小组提供了前往偏远地点的通道。图片来源：Betsy Arnold十多年前，阿诺德和她的团队开始了长达一个月的探险，深入加拿大东北部的荒野，了解这些真菌物种如何适应不同的微环境，以及它们在未来气候变化下的生存状况。他们发现真菌之间存在巨大的多样性，而且它们以非常特殊的方式适应当地的条件，这意味着它们将对未来的气候变化非常敏感。由于真菌的健康与其宿主的健康密切相关，这些发现对未来北方森林和我们地球的整体健康都有影响。"北方森林是地球碳循环和水循环的核心，"阿诺德说。"我们的工作突出表明，它们是世界上一些进化最多样化的真菌内生菌的家园，而这些内生菌在其他地方是找不到的。"Cladonia 是一种地衣，在名为 Pleurozium 的苔藓地毯上方几英寸的地方长出一蓬白色的东西。与北方地带标志性的黑云杉（Picea）一样，它们也蕴藏着多种内生真菌，这些真菌在它们健康的组织中共生。图片来源：贝茜-阿诺德经过十多年的分析，他们的研究结果发表在《当代生物学》杂志上。"我们的合作研究揭示了北方生物群落中新发现的内生真菌的多样性及其对气候的敏感性，"该研究的共同第一作者大分修造（Shuzo Oita）说，他在阿诺德的实验室完成了博士学业，现在是住友化学株式会社的研究科学家。"内生真菌常常被忽视，因为它们存在于健康的植物组织中，但最近它们在生物多样性和生态系统中的重要性被揭示出来了"。她说，收集数据以得出这一结论是一项艰巨的工作，需要阿诺德和她的同事们进行她一生中最紧张的实地考察。阿诺德说，在2011年夏天的一个月时间里，该团队与一名专业飞行员签订了合同，"前往道路不通的地方"。六人小组穿越加拿大北部森林南部，一直到达北极苔原边缘，沿途将浮空器降落在湖泊中。贝齐-阿诺德和她的团队乘坐浮空器进入北美东部北方森林的偏远地区。从窗口望去，云杉从苔藓和地衣的地毯中生长出来，研究人员将在湖上降落。图片来源：贝茜-阿诺德他们在遍布地貌的偏远湖泊间起降了 36 次。通常情况下，他们在每个采样点停留大约 6 到 24 个小时。白天，他们收集健康的云杉树叶以及地面上新鲜的苔藓和地衣，边走边把科学宝藏装进密封袋中。他们还钻取年轮芯，希望揭示它们的过去，如树龄和野火暴露情况。他们还测量了各种森林特征，以了解植物在地形上的变化。到了晚上，当北极光在头顶闪烁时，他们在飞行员宿舍内的便携式实验室里处理样本。他们对新鲜组织进行表面消毒，为提取DNA做准备，并分离真菌培养物，以观察和记录样本中的菌株。阿诺德说："我们经常工作到凌晨两三点，然后睡上几个小时，再飞往下一个工地。"漫长的工作得到了回报："在真菌世界里，一小时的野外工作就是一年的特征描述和十年的潜在分析。在短短几周的时间里，我们就完成了大量的工作"。当他们从较温暖的南部地区前往较寒冷的北部地区时，他们以大约 100 英里的间隔重复采样。阿诺德说，他们还沿着一条纬度带取样，这条纬度带同样宽广，但代表的气候变化却很小。他们战略性地从这两个维度进行采样，以确保真菌生物多样性的任何差异都是由环境差异而非距离造成的。他们一起驾驶 DeHavilland Otter 飞机飞行了近 1500 英里，这架飞机就是他们的移动之家，他们经常用额外的油箱来分享旅行空间。Betsy Arnold 是植物科学学院的教授，同时也是西南地区首屈一指的真菌生物多样性收藏馆 Gilbertson 真菌标本馆的馆长。她在北方生物群落的工作是她全球范围研究、学生参与和全球合作的一部分，研究范围从非洲南部、南美洲到北极。图片来源：Jolanta Miadlikowska较早的研究考察了生物多样性与纬度之间的相关性，纬度通常被用作气候的替代物。阿诺德说，这些研究发现，一般来说，越靠近赤道，生命越多样化。例如，对于许多生物类群来说，热带雨林中的生物比北极苔原中的生物更加多样化。事实证明，北方地区的真菌并非如此简单。"我们的研究表明，北方真菌群落并不一定会像植物群落那样以可预测的方式随气候发生变化。"共同第一作者亚娜-乌仁（Jana U'Ren）说："相反，气候对这些真菌的影响在很大程度上取决于真菌种类和宿主。这意味着我们需要保护整个北方生物群落的植物及其真菌内生菌，而不仅仅是在一个地方，否则我们就有可能失去这些重要森林中至关重要的生物多样性和保护性真菌。"阿诺德认为，这些真菌内生菌对气候的特殊依赖性反映了它们与宿主共同进化的过程，也就是她所说的"研究与发展"，因为植物找到了理想的内生菌伙伴，并在这些严酷的北方地貌植物所面临的独特压力下依然繁茂生长。"世界各地都有内生菌，但不同环境中的内生菌各不相同。"阿诺德说："我们认为，与内生菌共生在某种程度上是植物在全球范围内克服环境挑战的方式，也就是与它们的内部真菌伙伴共生。关于单个内生真菌对单个植物的作用的信息并不多。因此，我们的研究具有奠基性意义，因为我们试图弄清这些内生菌是谁，它们是如何分布的，以及它们会如何随着气候的变化而变化。"她希望未来的研究能以他们的发现为基础："我们所知道的是，当这些森林发生变化时，我们正在失去生物多样性，而我们还不知道关键的功能要素是什么。"合作者弗朗索瓦-卢佐尼（François Lutzoni）表示同意，他是杜克大学生物学教授，与阿诺德共同主持了这项研究。卢佐尼说："这是我做过的最复杂的野外工作，也是最令人振奋的研究经历之一。记录不断变化的世界中的生物多样性是一项重要的研究。我们采集的标本都保存在标本馆中，因此对于了解物种、物种分布、物种基因以及物种栖息的生态系统如何随着时间的推移而变化具有持久的价值。反过来，标本馆服务于科学界的最佳方式就是与世界一流大学的研究实验室相结合。"在这种思想指导下，阿诺德目前正致力于利用亚利桑那州本土生长的内生菌来增强作物在这个不断变化的世界中的适应能力。阿诺德说："就像北方森林蕴藏着意想不到的多样性内生菌一样，亚利桑那州的植物也是如此。我们下一步要做的就是挖掘这些丰富而古老的内生菌，将其作为帮助植物茁壮成长的工具。最终，我们希望通过在全球范围内了解这些真菌，我们不仅能描绘出地球生物多样性的一个关键要素的过去和未来，而且还能利用我们当地的真菌，使农作物在有限的水资源和不断上升的气温条件下茁壮成长。可以说，未来就是真菌的未来。"编译来源：ScitechD... PC版： 手机版：

科学家揭示蜜蜂群落中黄曲霉菌的隐秘共生

科学家揭示蜜蜂群落中黄曲霉菌的隐秘共生 黄曲霉菌对在蜂群中生存有独特的适应性。资料来源：Ling-Hsiu Liao西方蜜蜂（Apis mellifera ）以蜜蜂"面包"的形式储存大量食物，作为蜂群的主要营养。这种营养丰富的食物尽管呈酸性且含水量低，却能吸引各种微生物。此外，蜜蜂面包上还涂有蜂胶这种抗菌物质，为微生物的生存创造了一个具有挑战性的环境。尽管蜂巢中的面包不适合蜜蜂食用，但蜂巢中的微生物群包括多种细菌和真菌，它们对蜜蜂食物的准备、储存和消化非常重要。贝伦鲍姆（IGOH/GEGC/GNDP）实验室的研究生丹尼尔-布什（Daniel Bush）说："大多数关于蜜蜂面包的研究都集中在细菌上，人们认为真菌并没有发挥很大的作用，因为细菌让面包对真菌来说太不友好了。在与真菌学家交谈后，我怀疑事实并非如此，于是我开始证明真菌能够成功地在蜜蜂面包中生存。"在这项研究中，研究人员使用了三种黄曲霉菌株：一种是蜂巢中没有的菌株，一种是从伊利诺伊州中部的蜂巢中分离出来的菌株，还有一种是从感染了石蒜病的蜜蜂群中分离出来的致病菌株。他们首先测试了菌株对 pH 值和温度的反应是否存在差异。之所以研究后者，是因为蜂巢全年的温度都高于外部环境，这对许多微生物来说都是一个挑战。虽然这些菌株都能在不同的温度范围内生长，但它们在不同的 pH 值条件下生长差异明显。从蜂巢中分离出来的菌株能够承受低 pH 值，而其他两种菌株则不能。这些菌株还在不同的日照电位（衡量可用水分的多少）和对蜂胶的反应条件下进行了测试。布什说："我们看到，来自蜂巢的菌株能够应对来自菌落特定来源的极端环境压力。有趣的是，它能够处理蜂胶，而蜂胶被认为具有杀菌特性。"为了更好地了解与蜂巢相关的真菌物种是如何适应环境的，研究人员还对黄曲霉菌株进行了测序，发现它有几种基因突变，能够耐受蜜蜂面包环境的恶劣条件。布什说："我们认为，这些迹象表明，真菌有一定程度的适应性，可以帮助它与蜜蜂共同生活。我们怀疑这两种生物之间存在某种互利关系，但我们还没有找到足够的证据。"研究人员现在希望研究这种真菌在蜜蜂生命周期中对不同成分的蜜蜂面包的作用。他们希望，他们的研究工作能够揭示，常规用于保护蜂巢的杀真菌剂将如何影响这些微生物。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现海洋天气与全球气候之间的联系

科学家发现海洋天气与全球气候之间的联系 本杰明-斯托尔（Benjamin Storer）绘制的这幅插图显示了海洋天气系统（中尺度涡）与大气驱动的气候尺度洋流（黑线）的叠加数据。图像显示了这些海洋天气系统在与气候尺度相互作用时是如何被激活（红色）或削弱（蓝色）的，其模式与全球大气环流如出一辙。图片来源：罗切斯特大学/本杰明-斯托尔（Benjamin Storer领衔作者本杰明-斯托尔（Benjamin Storer）是阿鲁埃湍流与复杂流研究小组的副研究员，他说，海洋的天气模式与我们在陆地上经历的天气模式类似，但时间和长度尺度不同。陆地上的天气模式可能持续几天，宽度约为 500 公里，而海洋天气模式（如漩涡）持续三到四周，但大小只有陆地上的五分之一。"长期以来，科学家们一直猜测，海洋中这些无处不在、看似随机的运动会与气候尺度发生沟通，但一直都很模糊，因为不清楚如何拆分这个复杂的系统来测量它们之间的相互作用，"阿鲁伊说。"我们开发了一个框架，正好可以做到这一点。我们的发现与人们的预期不同，因为它需要大气层的调节"。该小组的目标是了解能量是如何通过海洋中的不同通道传递到整个地球的。他们使用了阿鲁伊在2019年开发的一种数学方法，该方法随后被斯托尔和阿鲁伊应用到高级代码中，使他们能够研究从地球周长到10公里的不同模式的能量传递。这些技术随后被应用于来自先进气候模型和卫星观测的海洋数据集。研究显示，海洋天气系统在与气候尺度相互作用时，既会被激发，也会被削弱，其模式与全球大气环流如出一辙。研究人员还发现，赤道附近一个名为"热带辐合带"的大气带产生了全球 30% 的降水，导致大量能量转移，并产生海洋湍流。斯托尔和阿鲁伊说，研究在多个尺度上发生的如此复杂的流体运动并非易事，但它比以往将天气与气候变化联系起来的尝试更有优势。他们认为，研究小组的工作为更好地理解气候系统提供了一个前景广阔的框架。"全球变暖和不断变化的气候是如何影响极端天气事件的，这引起了很多人的兴趣，"阿鲁伊说。"通常，此类研究工作基于统计分析，需要大量数据才能对不确定性有信心。我们正在采取一种基于机理分析的不同方法，这种方法减轻了其中一些要求，使我们能够更容易地了解因果关系"。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

南极洲的隐秘绿洲：科学家在冰海中发现潜在的生命摇篮

南极洲的隐秘绿洲：科学家在冰海中发现潜在的生命摇篮 研究表明，南极洲海冰中的开阔水域面积不断扩大，可能会使沿海动植物在未来得以生长，从而随着气候变化而改变当地的生态系统。图片来源：Ceridwen Fraser在奥塔哥海洋科学系研究员格兰特-达菲（Grant Duffy）博士的领导下，研究小组发现了意想不到的证据，表明南极洲周围的多水层面积正在急剧增加，而且它遵循着一个有趣的周期，大约每16年增加和缩小一次。达菲博士说："这些趋势令人着迷我们以前从未注意到它们。我们还不完全清楚是什么在驱动这种周期模式，但它对生态的影响可能是巨大的。"共同作者、澳大利亚莫纳什大学研究海洋-大气相互作用的科学家 Ariaan Purich 博士说，周期模式似乎与大气驱动因素相吻合，其中包括环南极模式，这是一种环绕南极并影响新西兰和澳大利亚天气的气候现象。"最近南极海冰覆盖率创历史新低与海洋变暖有关，"Purich 博士说。"在沿海环境中，大规模的大气变化和趋势会与不断变化的海洋条件相互作用，从而影响海冰的覆盖范围。这些发现为我们提供了令人兴奋的见解，有助于我们预测未来沿海海冰的覆盖范围。"该研究的资深作者、海洋科学系的 Ceridwen Fraser 教授说，这些结果对于预测南极洲沿海生态系统在气候变暖时会发生什么也至关重要。弗雷泽教授说："我们知道，许多非本地动植物都可以到达南极洲，例如通过漂浮的海带漂流到南极洲。目前，由于沿岸冰层的冲刷，它们大多无法定居。冰层的减少可能会给一些沿海动植物创造定居的机会这对南极本地沿海生态系统有着重大影响。"达菲博士表示同意。他说："我们的研究表明，随着气候变暖，南极沿岸的开阔水域面积正在不断扩大。这些不断变化的沿海环境意味着生态系统必须适应和改变。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

科学家呼吁及早准备以应对气候变化对疾病传播的影响

科学家呼吁及早准备以应对气候变化对疾病传播的影响 山谷热是由生活在土壤中的真菌引起的领衔作者乔治-R-汤普森（George R. Thompson）说："临床医生需要做好应对传染病形势变化的准备。汤普森是加州大学戴维斯分校医学院内科、传染病科以及医学微生物学和免疫学系的教授。了解气候变化与疾病行为之间的联系有助于指导传染病的诊断、治疗和预防"。汤普森鼓励医生和从业人员保持"对移动中疾病的高度怀疑。他说："我认为，随着我们对疾病认识的提高，将会有更多的检测，这样我们就会减少漏诊病例。"传染病可由病毒、细菌、真菌或寄生虫引起。其中许多疾病都是通过动物传染给人类或人类传染给动物的。病媒传染病是传染病的一种。它们是由蚊子、跳蚤和蜱虫等病媒携带的病原体引起的。由病媒引起的疾病有登革热、疟疾和寨卡。不断变化的降雨模式扩大了病媒的活动范围和活跃期。更短、更温暖的冬季和更长的夏季也与更多的病媒传播疾病有关。例如，由蜱虫引起的疾病（如巴贝斯虫病和莱姆病）现在也在冬季发生。与过去相比，它们也出现在更靠西和更靠北的地区。该研究的第一作者马修-菲利普斯（Matthew Phillips）说："我们在 1 月和 2 月看到了蜱传疾病的病例。菲利普斯是麻省总医院和哈佛医学院的传染病研究员。蜱虫季节开始得更早，活动的蜱虫范围更广。这意味着蜱虫叮咬的数量在增加，蜱虫传播的疾病也随之增加。"另一个令人担忧的问题是疟疾。传播这种疾病的蚊子正在向北扩展，这是气候引起的变化。降雨模式的改变导致蚊子增多，疾病传播率也随之升高。"作为一名传染病临床医生，去年夏天发生的最可怕的事情之一就是当地感染的疟疾病例。我们在得克萨斯州和佛罗里达州发现了病例，然后一路向北在马里兰州也发现了病例，这真的很令人吃惊。"菲利普斯说："这些病例发生在没有出国旅行的人身上。"鼠疫和汉坦病毒（由啮齿动物携带）等人畜共患病的发病率和发病地点也在发生变化。专家们注意到动物迁徙模式和自然范围的变化。由于栖息地的丧失，野生动物离人类越来越近。随之而来的是，动物疾病传染给人类的风险和新病原体出现的风险越来越高。该研究还指出了新真菌感染的出现，如白色念珠菌（C. auris），以及一些真菌病原体分布地点的变化。例如，真菌感染球孢子菌（又称山谷热）曾是加利福尼亚州和亚利桑那州炎热干燥地区的地方病。但最近在最北部的华盛顿州却诊断出了山谷热。降雨模式和沿海水温的变化也会影响大肠杆菌和弧菌等水传播疾病的传播。据研究小组称，海平面正在上升，过去罕见或极端的风暴潮和沿海洪水现在发生得更加频繁。在过去几年里，COVID-19 等传染病给世界带来了巨大影响。"它们会突然出现，给整个世界造成巨大混乱，然后我们就会暂时忘记它们。然而，传染病的流行和大流行潜力确实要求我们与联邦资助机构和咨询小组保持联系，以确保传染病不会在公众的视线中消失太久，"汤普森解释说。研究小组呼吁采取更有力的传染病监测措施，并敦促医学教育工作者培训临床医生预测传染病模式的变化。"情况并非毫无希望。我们可以采取一些明确的措施，为应对这些变化做好准备并提供帮助。临床医生亲眼目睹了气候变化对人们健康的影响。因此，他们可以在倡导减缓气候变化的政策方面发挥作用，"菲利普斯说。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

世界顶尖气候科学家预计全球升温将突破1.5摄氏度目标

世界顶尖气候科学家预计全球升温将突破1.5摄氏度目标 据《卫报》5月8日报导，一项独家调查显示数百名世界领先的气候科学家预计，本世纪全球气温将至少上升至2.5摄氏度。 来自政府间气候变化专门委员会（IPCC）的受访者中，八成认为全球气温将至少上升2.5摄氏度，近半数的受访者更预计气温将至少升温3摄氏度。 专家批评，尽管提供了明确的科学证据，但政府仍未采取行动，他们感到绝望、愤怒和恐惧。不过科学家表示，当气温升高了2摄氏度，也不会“游戏结束”，因为每避免一度的升高都会减少人类的痛苦。 2015年通过的《联合国气候变化框架公约》（《巴黎协定》）的194个缔约方一致同意大幅减少全球温室气体排放，将本世纪全球气温升幅限制在2摄氏度以内，同时寻求将气温升幅进一步限制在1.5摄氏度以内的措施。