植物科学：以真菌为食的绿色植物！
植物科学：以真菌为食的绿色植物！
你可能在小学学到了生物学的这个基本课：植物是自给自足的。这些所谓的自养生物利用太阳的能量和水通过称为光合作用的过程将二氧化碳从空气转化为食物。自养生物坐落在地球上每个食物链的基础上，并维持我们所知的所有生命层次。
但植物之间对水，光和养分等资源的竞争可能很激烈。与大多数生物不同，植物基本上是不动的，卡在它们扎根的地方。他们没有腿来逃避不愉快的状况。它们不能在猎物后奔跑，也不能在饥饿时前往商店。
由于这种根深蒂固，植物为生活提出了一些有趣的适应性，其中之一被称为“mycoheterotrophy”或“真菌喂养”。
大多数陆地植物家庭与称为菌根真菌的根系真菌形成互利的伙伴关系。但是一些植物已经进化为欺骗这种共生。他们没有向他们的真菌伴侣提供任何已知的回报利益 - 例如来自光合作用的碳水化合物。相反，这些mycoheterotrophic植物从他们的菌根伙伴接受碳水化合物和其他营养素，颠覆了与邻近植物竞争资源的需要。
植物和真菌之间的这种自私的共生关系对于植物学家来说是一个令人惊讶的启示，并为我们对植物如何谋生的基本理解增添了一些细微差别。
吸掉好东西
通常这些mycoheterotrophic植物与他们与周围树木共享的真菌配对。这意味着许多mycoheterotrophs的原始碳源是由相邻树木进行的光合作用。这些树木是良好的合作伙伴，利用它们通过光合作用产生的一些碳来“支付”它们的菌根真菌。但是这些碳中的一些被mycoheterotroph“偷走”了。聪明。
霉菌异养植物依赖真菌来满足其部分或全部碳需求。有时他们与周围的树木共享菌根真菌网络。图片来源：Nicole Hynson，CC BY-ND这种由三部分组成的自养生物，霉菌营养生物和菌根真菌可能看起来很奇怪，但在整个植物界的进化历史中，霉菌异养生活方式实际上至少出现了46次。它出现在10个主要陆地植物中的7个中。地球上最大的植物家族 -兰花 -在幼苗发育的最早阶段最初都是霉菌异养的。
当涉及到mycoheterotrophy，兰花提出了一个特别有趣的例子，不仅因为它们的纯粹多样性和广泛的全球分布，而且因为它们是植物王国的赌注套期保值者。所有野生兰花都依靠真菌来喂养发育中的幼苗。但是，一旦它们成熟到形成叶子 - 从而变得能够通过光合作用喂养自己 -不是所有的兰花都放弃了与真菌相关的轻松的糖 - 爸爸关系。
相反，这些兰花仍然是部分肌肉萎缩性的，从其真菌共生体中获得一部分碳水化合物，同时通过光合作用满足其需求的剩余部分。有趣的是，这种依赖于肌营养不良的依赖性可以随着光照可用性等环境条件的变化而增加或减少。
把它降到原子水平
这些绿叶兰花看起来像任何其他自养植物。那么，像我这样的生态学研究人员如何知道他们是部分肌肉异养的？答案在于原子。
你可能记得的另一个基本教训，这次是化学课，是原子由三个主要粒子组成：电子，质子和中子。原子的质量由其质子和中子的数量决定。
例如，如果你看一个元素周期表，碳的原子序数为6：它有六个质子，最常见的是六个中子。这种碳 - 也称为12 C - 是地球上最丰富的碳形式，占地球上稳定碳的98.89％。
根据它们含有多少中子，碳原子具有不同的同位素风味。
但这不是唯一的形式。与大多数元素一样，碳也是罕见的味道。由于不同数量的中子而具有不同原子质量的这些形式被称为同位素。被称为13 C的碳 - 由于其六个质子和七个中子 - 构成了地球上另外1.1％的稳定碳。
同位素与检测mycoheterotrophic兰花有什么关系？事实证明，生物 - 如植物 - 使用或“消化”不同版本的碳的方式相当多。在理想的条件下，植物更喜欢使用更丰富的12 CO 2作为光合作用的成分，尽管它们也可以使用较重的13 CO 2版本。
一旦CO 2固定在工厂内，无论其含有哪种同位素，当碳被加工或“消化”时，13 C与12 C的比例都会发生变化。植物的组织最终比他们最初“吃”时的组织相对更多。当该植物使用来自光合作用的一些碳来喂养其菌根真菌时，真菌接收相对于整个植物富含13 C的特定碳分子。
这是一种同位素食物链。当你从初级生产者到消费者等等时，有机体变得越来越富含碳或13 C的重质形态。
自养生物的原子特征
科学家可以测量植物，真菌或我们呼吸的空气中13 C与12 C的比例。使用称为稳定同位素质谱仪的机器，我们计算底物中的13 C与12 C原子的数量。但是这个比例告诉我们什么？根据13 C原子的相对丰度，我们可以说有机体落在食物链中的位置 - 也就是说，无论是自养生物还是消费者。
我们知道，当一种植物主要依靠自养生长时，它将具有相对较少的13 C原子。但就一些兰花来说，它们的13 C计数是通过屋顶进行的，碳的比例与真菌相比更接近于植物。2003年发表的这一发现首次表明，这些兰花至少部分地依赖于与其邻近的自养生物形成非常不同的碳形式。
扎根可以为植物带来有趣和意想不到的伙伴关系，绝对不仅仅是为了满足需求。