地下11亿亿公里菌丝网，相当于到太阳7400万倍

你有没有想过，脚下一小勺泥土里，可能藏着一个比人类所有基建加起来还要庞大的网络？

2026年6月发表在《科学》杂志上的一项研究里，科学家第一次在全球尺度上，估算了丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）的菌丝网络到底有多大。根据他们的计算，全球表层土壤中，活体菌丝的总长度约为11亿亿公里——这个长度相当于从地球到太阳距离的7400万倍。这些菌丝所含的碳约为3亿吨，是全球人类身体所含碳总量的4到6倍。

我们习惯说地球是一颗水球，因为海洋覆盖了地球表面的71%左右。但如果把视角从地表切换到地下，地球更像是一颗蘑菇球——我们脚下的土壤里布满了菌丝，它们穿过泥土颗粒之间的缝隙，钻进植物的根，把不同植物的根系连进同一张地下网络。

一张地图，322项研究，16000个样本

这张巨大的真菌网络，人类直到今年才画出了它的第一张粗略地图。领导这项研究的，是来自地下网络保护协会（Society for the Protection of Underground Networks，SPUN）的贾斯汀·斯图尔特（Justin Stewart）。"地下网络保护协会"听起来像一个神秘间谍组织，但实际上就是一群专门研究和保护地下真菌网络的研究者。

这次的地图，主角是丛枝菌根真菌。它们和我们吃的蘑菇有什么关系？它们都属于真菌这个庞大的类群，酵母、霉菌也在其中。许多真菌的身体由一根根细长的菌丝组成，菌丝不断延伸、分枝，交织成菌丝体。我们吃的蘑菇，是某些真菌形成的繁殖结构，叫做子实体，负责产生和释放孢子。这些真菌还有大量菌丝，生长在土壤、木材等地方，平时不容易被看见。

丛枝菌根真菌同样以菌丝生长，它们与植物根系共生，一部分菌丝伸入土壤，另一部分进入植物根部，在根的细胞内形成反复分枝的微小结构，看起来像一棵棵小树，丛枝这个名字就由此而来。植物给它们提供糖和脂类，它们则把从土壤中获得的磷等养分输送给植物，双方通过这种交换维持合作。

为了做出这张真菌地图，研究团队整合了全球322项已发表研究的数据，涉及九大生物群落、超过16000个土壤样本。但地球太大了，这1万多个样本对于地球来说就像几把胡椒面，真正带有地理坐标、能用来建模的野外样本只有1800多组，只覆盖了全球846个陆地生态区中的100个。于是团队训练了一套机器学习模型，用已有样本加上气候、植被、土壤类型等环境变量，去推算那些从未被采集过的地方的情况。

怎么算出11亿亿公里？先量菌丝有多粗

要把菌丝长度换算成生物量，还得知道菌丝有多粗。研究者在实验室里用胡萝卜的转化根培养了3种常见的丛枝菌根真菌，让它们在培养皿里长出完整的菌丝网络。然后，他们用机器人成像系统测量了超过30万次菌丝宽度，得出菌丝的平均半径只有2.7微米左右。有了粗细，再乘上长度，就能算出菌丝的体积和含碳量。

最终，他们画出了一张覆盖全球陆地、分辨率为每平方公里的菌丝密度地图，配套上线了交互式的在线浏览工具。我们可以在上面放大到自己所在的区域，看这片土地下面菌丝有多密。

这张地图显示，草原生态系统承载了全球大约40%的丛枝菌根真菌生物量。南苏丹的苏德沼泽、美国佛罗里达的大沼泽地和中国的青藏高原草原，都是菌丝密度格外高的地区。森林里同样有丰富的菌根网络，但温带和寒带森林的树木大多和外生菌根真菌合作，不在这次统计之内。

坏消息：农田下的菌丝，差不多少了一半

实测数据显示，农田的菌丝密度比非农田低47%左右，差不多只有一半。翻耕会把土壤里的菌丝网络搅碎；施了化肥以后，植物更容易获得养分，分给真菌的碳就少了；杀菌剂也可能在消灭病原真菌的同时，杀死有益的真菌。而草原被开垦成耕地的速度是森林的4倍。这些全球菌丝密度最高的生态系统，正在以最快的速度消失。

丛枝菌根真菌和植物之间的关系，比目前地球上绝大多数生物的演化史都要久远。化石证据表明，大约4.5亿年前，第一批植物从水中来到陆地的时候，真菌就已经存在了。那时候的陆地表面还没有充足的土壤、腐殖质和落叶层，磷被锁在矿物里，但早期植物还没有真正的根，对岩石几乎束手无策。

真菌的菌丝直径通常不到10微米，大约是人类头发的十分之一到五十分之一，可以钻进岩石缝隙和植物根系够不到的土壤微孔隙里。于是，植物和真菌达成了交易：丛枝菌根真菌的菌丝进入植物根部的皮层细胞，在细胞内长出树枝状的微小结构，叫做丛枝。通过丛枝，植物把光合作用制造的糖和脂类输送给真菌，真菌用这些碳维持自身生长和代谢。作为回报，真菌从土壤里搜刮磷、氮和水分，通过菌丝运输给植物。

在苏格兰莱尼燧石层约4.07亿年前的化石里，一种还没有根的早期植物，茎轴组织内部就已经有了典型的丛枝结构，和今天的活体标本长得几乎一模一样。可以说，植物的登陆离不开真菌的帮忙。

地下的"高铁"：碳以每秒120微米流动

今天地球上大约70%的植物物种，依然维持着和真菌的密切交易。在某些条件下，丛枝菌根真菌最多可以提供植物所需磷元素的80%，并且把根部的有效觅食范围扩大100倍。

同一个菌丝个体的菌丝网络，还可以同时连接多株植物的根系，形成一个公共菌根网络，碳和营养物质可以通过网络在不同植物之间流动。2010年，华南农业大学的一项实验发现，当番茄植株感染了早疫病菌，附近那些通过菌根网络连接的健康植株，也共享了消息，防御酶活性上升，还提前激活了6个防御基因，在还没被感染之前就开始备战。

碳和营养物质又会以什么样的速度在菌丝网络中流动呢？去年，这项研究的部分作者曾在《自然》杂志上发表过封面文章，他们用延时摄影追踪了碳在菌丝管道内部的流动速度——最快可达每秒120微米。

这个速度听起来似乎是龟速，但考虑到菌丝的直径只有几微米到十几微米，如果把一个人缩小到菌丝内部，体感速度大约等于每小时400公里，相当于高铁的速度。一根比头发丝细得多的管子里，碳以高铁的体感速度在网络中运送。而今年发表的这篇论文，又计算出这样的菌丝版"高铁轨道"，在全球的总长高达11亿亿公里，远超人类的任何基建。

给蘑菇贴电极、浇水和撒尿，会发生什么？

丛枝菌根真菌并不会长出我们熟悉的蘑菇，但另一类菌根真菌会，它们叫做外生菌根真菌，菌丝包裹在树根外面，同样在地下织成网络。我们平时看到的蘑菇，只是真菌露出地面的一小部分，真正的真菌本体是地下的菌丝网络。

在今年发表的另一项研究里，日本的一个团队走进了树林，打算给蘑菇装上电极，再往蘑菇旁边浇水和撒尿，看蘑菇有什么反应。他们找到了37朵外生菌根真菌的蘑菇，都属于滑锈伞属，研究者在每一朵蘑菇上安装了电极，然后分别向蘑菇周围的土壤加上自来水或人类尿液（来自研究者自己），同时每秒钟记录一次蘑菇的电信号变化，整个观测持续了三天半。

为什么用尿呢？因为这类蘑菇属于一个叫做氨真菌的生态类群，在土壤氨浓度升高时特别活跃。尿液里有大量尿素，土壤微生物会把尿素分解成氨。也就是说，这些蘑菇爱吃尿的副产品。

在没有任何刺激的时候，研究者分析了37朵蘑菇电位变化的时间序列，发现一朵蘑菇的电位变化能在统计上预测另一朵随后的变化，说明它们之间存在信息流。距离越远、亲缘关系越远，信息流越弱，但它并不局限于同一个真菌个体，甚至能跨越物种。

他们发现，当只给一朵蘑菇脚下浇水的时候，蘑菇之间的信息流增强了，就像在给同伴传播信息。但是，当同时给所有蘑菇浇水的时候，信息流反而下降了。科学家对此的解释是，如果所有蘑菇都收到了同样的刺激，整个网络都已经知道发生了什么，就没有互相传递信息的必要了。

至于尿，研究者原本预测它会引起比清水更强的反应，结果3次加尿，对蘑菇之间的信息流几乎没有影响。作者的解释是，当时是10月下旬，气温太低，尿素被分解成氨可能需要5天以上，而整个记录只持续了三天半，蘑菇也许还没来得及察觉。

世界上最大的单一生物，藏在地下

如果要说世界上最大的生物，很多人可能会猜测是蓝鲸。其实，目前吉尼斯世界纪录中最重的单一生物体，是美国俄勒冈州马卢尔国家森林中的奥氏蜜环菌。按不同的扩展速度推算，研究者估计它已经存在了1900到8650年。但这个庞然大物在地上几乎看不出来，只有秋天在被它感染的树根处，偶尔长出的几朵小蘑菇，才能让我们窥见它的身影。它的本体几乎都藏在地下，由密集的菌丝体和粗壮的根状菌索组成。

这还只是单一个体。丛枝菌根真菌的网络由无数个体的菌丝在土壤中交叠、连接、延伸，组成了一张覆盖几乎所有陆地的系统。11亿亿公里的菌丝，所属的类群比恐龙还古老，它们在过往的几亿年里持续运转，沉默地搬运碳和磷，连接着大多数陆地植物。

这个系统没有我们平常所理解的大脑或神经系统，但它依然在不间断地响应环境变化。人走过一片土地，脚步会压实土壤，改变孔隙结构，菌丝的生长空间也会随之改变；人挖掘土壤，菌丝被切断，断裂的网络会逐渐修复或改变方向；人在土地上撒了一泡尿，尿素、盐分和含氮化合物渗入土壤，菌丝的化学环境发生变化，活动也会调整。

虽然科学家对全球的菌丝网络有了一张初步的地图，但空白处仍然很多。在沙漠、苔原和热带雨林，模型的不确定性最高，很多区域的菌丝规模还完全靠推测。但仅凭已有的数据，就已经可以肯定，在每一片草地、每一座森林、每一块农田的地下，菌丝都在运行。

当我们不经意间走过草地，甚至在上面玩耍、打滚、撒尿，我们以为无事发生，其实地下的菌丝网络早已知晓了一切。