Nature最新综述 | 真菌对地球生态系统的影响：机遇与挑战并存

在过去的十亿年中，真菌界已经多样化到超过200万个物种，其中超过95%的物种尚未被描述。真菌不仅是众所周知的蘑菇和酵母，它们还是异养生物，几乎可以以任何有机碳为食，通过分解死亡的植物和动物来回收养分，并将碳封存到地球的生态系统中。人类对真菌的应用广泛，从发酵面包、酒精饮料到生物燃料，再到抗生素和致幻化合物等药物。然而，真菌感染对生态系统构成了威胁，从农作物到野生动物再到人类，这些风险部分由人类和动物的活动驱动，并可能因气候变化而加速。基因组调查正在扩展我们对真菌界真正生物多样性的认识，基因组编辑工具使我们有可能想象利用这些生物来推动生物经济。本文将探讨真菌对地球生态系统的深远影响，并探讨利用真菌应对这些威胁的机遇。

真菌的多样性与生态角色

真菌界已有超过十亿年的历史，包含了数百万个物种，形态多样性极为丰富，从宏观的蘑菇到微观的单细胞酵母。这些真核生物表现出极大的基因组和表型可塑性，这种适应性进化潜力使它们在地球生态系统中占据了核心地位。真菌分泌了大量的生物活性化合物和酶，这些物质在生物圈中起着至关重要的作用，从消化有机物质和回收死亡植物和动物组织中的养分，到与几乎所有陆地植物的根部形成密切且互利的关联。真菌是食物和发酵产品的重要来源，包括许多饮料和工业原料，以及数十种重要的酶和药物。然而，一些真菌物种对植物或动物具有致病性。这些致病物种不仅通过感染和污染具有农业和经济重要性的作物来威胁全球粮食安全，还导致冬眠蝙蝠和变温动物（如蛇、蝾螈和青蛙）的毁灭性疾病。

气候变化与真菌威胁

气候变化对环境真菌构成了独特的挑战，这些真菌对地球生态系统至关重要，并影响植物、野生动物和人类健康。例如，气温上升和极端天气（如严重风暴、干旱和洪水）可能会增加真菌孢子的传播和重新分布。真菌对新环境和条件的适应能力在很大程度上尚不明确，但可能会增加植物、动物和人类的疾病。气候变化可能会破坏植物-真菌的共生关系，影响土壤中的丛枝菌根真菌，这些真菌为植物根部提供养分，支持植物生长。此外，气候变化还可能改变动物-真菌的相互作用，例如切叶蚁使用真菌作为肥料和食物来源。

真菌在农业中的影响

真菌是农业生态系统中不可或缺的一部分，但它们也是作物生产的最重要生物威胁之一。联合国粮食及农业组织列出了100多种全球饮食重要的作物，这些作物包括主要的卡路里作物（如小麦、玉米、土豆、大米和大豆）和商品作物（如咖啡、可可和香蕉）。所有这些作物都受到真菌病害的影响。尽管作物损失各不相同，但即使在采取病害缓解措施后，病害负担估计仍占总收成的10%至23%。此外，收获后的真菌腐烂在美国造成了20%的损失，在一些发展中国家甚至高达50%。

真菌与人类健康

全球范围内，真菌每年导致超过10亿例浅表感染，包括足癣、指甲感染、头发感染、阴道酵母感染和口腔感染。尽管这些真菌疾病在免疫正常的个体中可能不会危及生命，但它们通常难以治愈或需要多次治疗，这可能会驱动抗真菌耐药性。侵袭性真菌感染通常发生在免疫受损的个体中，虽然数量较少，但每年导致约250万例死亡。系统性真菌感染由多个属的真菌引起，包括曲霉、念珠菌、隐球菌、肺孢子菌、球孢子菌、组织胞浆菌、Emergomyces和毛霉目。

真菌在环境中的角色

真菌几乎存在于地球上的每一个栖息地，包括空气、海洋环境、裸露的岩石表面、土壤和陆地植物的每一个组织。深海热液喷口和受损的切尔诺贝利核电站反应堆室中也有真菌生长。一些真菌门保留了鞭毛游动孢子，这是它们水生起源的有力指标。随着真菌离开水生栖息地，它们在陆地生态系统中经历了广泛的多样化，与陆地植物的多样化并行。目前，海洋栖息地中的真菌研究较少，但主要包括与陆地真菌有密切系统发育关系的二次入侵者。

真菌在林业和农业中的角色

真菌与农业作物以及森林生态系统形成关键的共生关系。例如，菌根真菌定殖于超过90%的陆地植物的根部，为宿主提供养分和水分，以换取植物的碳和脂质。菌根真菌极大地促进了植物的生长和健康，赋予了植物在面对气候变化、害虫和病原体攻击以及养分限制时的韧性。事实上，种植与气候匹配的菌根真菌幼苗可以增加树木对气候胁迫的耐受性。此外，内生真菌可以通过影响植物生理、对病原体的抗性和微生物组组成来增强植物的健康和适应能力。

通过深入研究真菌的多样性、生态角色和生物技术潜力，我们可以更好地应对这些挑战，并利用真菌为全球问题提供解决方案。未来的研究需要跨学科的合作，结合基础科学、流行病学和分子分类学，以全面理解真菌与生物圈的复杂关系。

The fungal kingdom offers many known and emerging solutions to global challenges facing humanity.

参考文献：

Case, N.T., Gurr, S.J., Fisher, M.C. et al. Fungal impacts on Earth’s ecosystems. Nature 638, 49–57 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08419-4