地球能發展出富含氧氣的氣候環境,除了植物人們也得感謝真菌

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 22 日 8:45 | 分類 科技教育 , 自然科學 follow us in feedly

許多人都會在家中種植盆栽,或是在放假時前往郊外踏青,製造新鮮空氣的植物向來是人們最親近的夥伴,如果沒有植物,地球永遠不會發展出人類可以生存的氣候環境。但事實上是,要做到這點,植物還靠了另一種生物界的幫忙。



做為生物中的一個分類,真菌(Fungi)向來是較特殊的存在,ScienceAlert 引述里茲大學(University of Leeds)的最新研究指出,真菌便是當初地球在發展為富含氧氣的環境時,幫助植物與土壤「合作」的關鍵生物。

地球約在 46 億年前誕生,起初溫度還非常高,幾乎沒有大氣層,直到地球冷卻後原始大氣才逐漸形成。與現在的大氣層成分不同,當時主要組成推測是硫化氫(H2S)、甲烷和二氧化碳,而這些氣體對人類來說都非常有毒性。

在經過一段時間後,地球終於冷卻到足夠讓水以液態存在,最早的生命藍綠藻(cyanobacteria)也在這之中誕生,並開始將地球大氣轉為富含氧氣的過程。在植物的努力下,地球大約至 4、5 億年前氣候才逐漸變得適宜動物居住。

過去人們通常都將這種氣候轉變歸功於植物的功勞,但里茲大學的團隊在研究後發現,那些早期的植物不可能單憑自身做到這些事,與現在常見的植物不同,當時的植物根本還沒有演化出根部及維管束系統。

▲ 藝術家試著描繪出早期陸地植物生態。(Source:By Devonianscene.jpg: Eduard Riou (1838-1900) from The World Before the Deluge 1872, United Statesderivative work: Rursus (Devonianscene.jpg) [Public domain], via Wikimedia Commons

地球上大約一半氧氣都是來自陸生植物的光合作用,而這個過程需要磷(phosphorus),這些磷便是依靠真菌「運送」。研究團隊指出,與現在和植物的共生關係不同,當時土壤中的真菌會將磷(phosphorus)從岩石轉移到植物上,進而驅動植物產生光合作用。

負責建立當時生物地球化學模型的 Benjamin Mills 指出,過去人們對於地球究竟是如何提供磷給植物的所知甚少,但真菌交互作用的數據提供了一個很好的管道,讓人們對認知地球早期發展有了重大的進展,也證實真菌在創造富氧環境的重要性。

當然,真菌也不是毫無來由為植物「送三餐」。考量到真菌有能力從岩石吸收礦物質,而植物更依賴有機物質,團隊認為當作回報,當時的植物將進行光合作用後產生的碳(carbon)傳遞給了真菌,形成互利行為。

透過觀察存活至今的古代真菌並運用電腦建立模型,研究團隊也確定了不同真菌能進行不同速率的磷-碳轉換,而這也反過來影響當時的植物生產氧氣的速度。

研究合著者、植物生物學家 Katie Field 表示,如果將不同類型的早期植物與真菌的合作,計入古生物時期全球磷和碳循環的電腦模型,顯示的改變非常具戲劇性。

「植物-真菌之間的碳-磷交易,讓植物透過光合作用大幅消耗二氧化碳,大大加速了大氣中氧氣比例增加的時間,對地球氣候的轉變有極大的影響。」

值得一提的是,目前最早發現的陸地生物化石是有些類型蘑菇的真菌,真菌已存在地球非常久一段時間,甚至比植物的歷史還要久。

雖然真菌的外表通常不太討喜,但若沒有它們,或許地球適宜人類居住的環境還要更久以後才出現。

(首圖來源:pixabay