蘑菇擁有你未曾想過的神奇魔力
安德森（Jim Anderson）的腳下正躺著一個怪物。早在波斯王薛西斯（Xerxes）向古希臘宣戰之時，它就一直存活著。重量超過三條藍鯨。它的胃口非常大，能吞下大片森林。但它並不是希臘神話中被遺忘的野獸，它是一朵蘑菇。
安德森正在密歇根北部半島的克里斯特福爾斯（Crystal Falls），探索當地一片平淡無奇的林地。此行的目的是探訪林地生存著的微生物有機體，距離安德森團隊首次發現它已經30多年了。它的學名叫做高盧蜜環菌（Armillaria gallica）。 在亞洲、北美和歐洲的溫帶林地裏，都能找到高盧蜜環菌的蹤跡。它們生長在枯木和將死的樹木上，加速腐蝕分解的過程。這種蘑菇只有子實體暴露在地表，最高能長到10厘米。子實體呈鱗片狀的黃褐色，外表與毒蕈類似。 安德森團隊發現的這朵巨型真菌，已經在密歇根北部半島森林地底生長了2500年（Credit: Getty Images） 20世紀80年代末，安德森團隊來到了克里斯特福爾斯，在森林地面的覆蓋層和表層土壤下，發現了大量高盧蜜環菌群。最初以為是一個豐富的蘑菇群落，後來發現，菌群是一個巨大的真菌體。團隊估計，這個真菌體佔地至少91英畝，質量約達100噸，至少生長了1500年時間。它的發現，刷新了俄勒岡州高盧蜜環菌保持的最大真菌的世界紀錄。 安德森表示：「當時引起了不小的轟動。報道正是在愚人節發佈的，所以很多人覺得我們在開玩笑。2015年的時候，我們決定再回去看看，驗證當時所見的就是高盧蜜環菌單個個體的推測。」 2015年至2017年間，安德森的團隊多次回到此地，從林地的各個角落採集樣本，並利用多倫多大學的實驗室，通過測序儀對採集的DNA樣本進行分析。自上世紀80年代以來，基因分析技術已經有了長足進步，新技術使這一分析過程變得更加容易、處理速度更快，而且能提供更多的信息。 分析了最新樣本之後，確認這朵高盧蜜環菌就是單個個體，而且比之前預測的體積還要大，生長時間還要長。最新的分析結果是，這朵蘑菇比預測的要大4倍，生長年限要再往前推1000年。如果能秤重，整個蘑菇大概能達400噸左右。 真菌合成的菌絲體狀若靜脈，人們已經將它運用到許多方面，如醫療繃帶、建築材料等（Credit: Getty Images） 然而，分析研究有一項重大的發現，其中含有的物質，能幫助人類用來抗衡現代醫學界最大的敵人之一——癌症。 高盧蜜環菌因何能存活這麼長時間和長得這麼巨大？加拿大的研究人員發現了其中的秘密：這種菌菇的變異率極低，這就意味著菌菇的基因編碼極少會發生改變。 個體生長時，體內的細胞會一分為二，誕生出新的細胞。隨著時間的推移，細胞內的DNA可能會損傷，導致蛋白質合成時產生錯誤，這個過程叫做變異，變異會改變基因編碼。一般認為衰老就是這種機制產生的。 在克里斯特福爾斯發現的高盧蜜環菌中，有一種內在的抵抗DNA損傷的能力。團隊在森林的不同地方採集了15個樣本進行了測序，結果發現，在1億個高盧蜜環菌的基因編碼之中，發生改變的只有163個基因編碼。 安德森說：「變異率遠遠低於我們的想像。除非每分裂一次，這朵蜜環菌就長大一米，否則這樣低水平的變異率是不可能達到的。但是，細胞是十分微小的東西——每個細胞大概只有幾微米。因此，要長大一米，大概需要分裂出數百萬個細胞才行。」 安德森團隊認為，這種真菌體內有一種機制，能夠抵制DNA損傷，只有這樣才能讓它的基因組如此穩定。雖然無法給出確切解釋，但高盧蜜環菌驚人的穩性，給了人們啟發，為人類健康提供了新的視角。 感染蟬若蟲的真菌會產生一種化合物，能夠被轉化為阻斷性免疫抑製藥物（Credit: Mike Dickison/Wikimedia Commons） 在某些癌症中，當檢查和修復DNA的正常人體機制被破壞時，細胞內的突變可能會失控。 安德森說：「高盧蜜環菌的某些成分，似乎能與癌症的不穩定性抗衡。觀察一組培養了相同時間的癌細胞和蜜環菌細胞，癌細胞由於幾經變異，已經無法辨識。而高盧蜜環菌則恰恰相反，我們可以觀察到它是如何變化成現在這樣，並與癌細胞進行比較。」 這樣的研究，不僅能讓科學家更了解癌細胞變異的機理，還可能提供治癒癌症的新思路。 安德森團隊的研究，發現了真菌能幫助人類這塊尚未觸及的領域，但他們並不准備展開研究，他們希望有更年輕、更專業的團隊來做這項工作。這樣的團隊才更了解癌症遺傳的複雜性。 真菌是地球上最常見的生物之一，這些微小生物的總生物量超過地球上所有動物的總和。人們還在不斷發現新的真菌。據估計，生物界約有380萬種真菌，其中有超過90%都尚未被發現。僅2017年，科學家就新發現了2189種真菌。 倫敦英國皇家植物園（Royal Botanic Gardens Kew）最新發表的一份報告中強調，真菌目前已經有數百種用途。從造紙到清洗髒衣服。就疫苗和生物製劑來說，原材料中有大約15%來自真菌。乙肝疫苗製劑是一種復合蛋白，是在酵母細胞中培養而成的。而酵母則是真菌的一種。 由真菌產生的酵素被添加到洗衣粉中，在洗滌時酵素能分解棉線上的蛋白質，有助於去除頑固污漬（Credit: Getty Images） 知名抗生素盤尼西林，其實是在常見的家庭霉菌中發現的，是生長在麵包上的一種霉菌。還有很多抗生素，也是用真菌製成的。治療偏頭痛和治療心臟疾病的他汀類藥物也是從真菌中提取出來的。用於治療多發性硬化症的新型免疫抑製劑，其主要化學成分提取自某種感染蟬若蟲的真菌。 普雷斯科特（Tom Prescott）是英國皇家植物園的一名研究員，主要研究植物和真菌的各種應用。他說：「真菌會侵入昆蟲體內，取而代之。真菌能分泌一種化合物，抑制昆蟲免疫系統發揮作用。我們發現，這種化合物對人類也同樣有效。」 研究人員認為菌類給人帶來的幫助，如今發現的只是冰山一角。 林納科斯基（Riikka Linnakoski）是芬蘭自然資源研究所的一名森林病理學家，他說：「已經發現真菌能夠抵禦病毒性疾病。"真菌合成的某些化合物，能消除多種病毒，」例如流感病毒、脊髓灰質炎病毒、腮腺炎病毒、麻疹病毒和腺熱病毒等。人們還發現，真菌合成的化合物中，有些成分能夠治療目前無法治癒的疾病，如艾滋病毒和寨卡病毒。 林納科斯基說：「我相信，生物活性化合物還有很大的開發空間。真菌富含的大量生物活性分子，在未來可能會被製成各種抗病毒藥物。」 他參與的一個研究小組，主要研究哥倫比亞紅樹林中的某種真菌能否製成新型抗病毒藥物。目前尚未有突破性進展。許多研究證明了真菌能夠抵禦細菌攻擊，是很好的抗生素來源，但是用真菌製作抗病毒藥物的提議還未被通過。 林納科斯基認為，科學界的明顯疏忽有兩個原因。一是從自然界採集和培養數量巨大的真菌並不容易；二是真菌學家和病毒學家長久以來缺乏溝通。但他相信，利用真菌製作抗病毒藥物，並進入臨牀使用，只是時間問題。 林納科斯基還認為，在極端的環境中尋找真菌物種,比如深海海牀沉積處、生存條件多變的紅樹林,其所含有的化學成分可能更令人興奮。 許多疫苗都需要用酵母作為「生產工廠」，以合成複雜的分子（Credit: Getty Images） 他說：「人們認為，在極端條件下會刺激真菌產生獨特的、結構上前所未有的次生代謝物，次生代謝物十分罕見，在結構上是前所未有的。但不幸的是，能夠產生這種新型生物活性化合物的許多生態環境如紅樹林，都在以驚人的速度消亡。」 真菌除了能應用於醫療，還能幫助人們解決其他問題。 在巴基斯坦伊斯蘭堡郊區垃圾填埋場，發現了一種生活在土壤中的真菌，能夠解決海洋塑料污染問題。伊斯蘭堡真納大學（Quaid-I-Azam University）的微生物學家哈桑（Fariha Hasan）發現，這種塔賓曲霉菌能夠迅速分解聚氨酯塑料。 現在許多產品都是用聚氨酯塑料製成的，包括家具泡沫、電子產品外殼、粘合劑和薄膜等。如果棄置於土壤或海洋，很多年都無法分解。但塔賓曲霉菌能在幾周內將其分解乾淨。哈桑的團隊目前正研究如何利用真菌降解塑料垃圾。生長在腐爛的常青藤葉上擬盤多毛孢屬的孢子菌，這種真菌能夠大量分解塑料。人們希望利用它們，解決日益嚴重的的廢物處理問題。 事實上，人類所產生的污染物菌菇有很強的吞噬力。已經發現一些菌菇，它們能清除土壤中的油污、降解有害重金屬、消耗農藥殘留，有的甚至還能吸收輻射。 然而菌菇還能夠幫助減少塑料製品的使用。 世界各地的許多研究團體，正試圖利用真菌產生的類似血管狀菌絲體的這一重要特徵，來製造可以替代塑料包裝的材料。真菌在生長時，這些菌絲體會向外伸展，深入土壤的角落和縫隙,並與土壤結合在一起。這就是天然的粘合劑。 2010年，Ecovative設計公司開始研究，如果利用這種特性，並結合天然的廢棄物，如稻殼、木屑等，來生產一種代替聚苯乙烯的包裝材料。在他們的早期工作中研製出了真菌復合材料，利用麻類植物作為基礎材料生產產品包裝。 人們把真菌孢子、麵粉和可重覆使用的模具放在一起，讓它們生長9天。這個過程中會產生一種酵素開始消化廢物。一旦材料形成所需的形狀，將其加熱處理使材料乾燥，防止其繼續生長。由此得到的菌菇包裝是可生物降解的，這種材料已經被戴爾等公司用於包裝計算機。 真菌菌絲體在玉米殼等廢棄的農作物上生長時，能產生輕質、可降解的包裝材料（Credit: Getty Images） 該公司還研發出一種泡沫，也是利用菌絲體長成的。可以用這種泡沫做運動鞋、絶緣材料，還能用於仿皮革面料。Bolt Threats是一家堅持可持續發展理念的紡織公司，Ecovative設計公司與之合作，將廢玉米秸稈與菌絲體的結合物塑形後，進行鞣制、壓縮的工序，最終製造出墊子。整個過程需要數天時間，而不是動物皮革需要數年。 設計師麥卡特尼（Stella McCartney）正在尋找利用菌菇皮革和鞋履設計師西奧卡羅（Liz Ciokajlo）使用菌絲體，來製造一個20世紀70年代月亮靴潮流的現代新形像。 阿塔納蘇（Athanassia Athanassiou）就職於意大利熱那亞理工學院，是一名材料科學家。他一直在利用真菌，開發治療慢性創面的新型繃帶。 他發現，通過改變菌絲體所消化物質，可以改變菌絲體的性質。真菌消化的物質越硬，如比木屑而不是馬鈴薯皮，所得到的菌絲體材料就會越堅實。 這就將真菌的應用推廣到了更廣闊的平台。 總部位於美國加州MycoWorks的公司，一直在開發以菌菇為原料生產建築材料。他們用木材作為菌菇的消耗基，製造出了比傳統的混凝土更加阻燃、更加堅硬的磚塊。 變色栓菌一般可以在樹上找到，人們用這種真菌製造出的磚塊，有阻燃、防白蟻、隔音的效果（Credit: Tien Huynh） 澳大利亞墨爾本理工學院的生物技術專家黃恬（Tien Huynh）一直在進行一項研究，他的團隊將菌絲體與稻殼和碎玻璃混合在一起，製造出了類似的真菌磚塊。 他說，這種建築材料不僅造價低廉，而且更加環保。同時也解決了澳大利亞和世界各地許多家庭遇到的白蟻問題。每年白蟻給房屋造成的損失超過十億美元，而稻殼和玻璃中含有的二氧化硅不能為白蟻所食用。 黃恬說：「我們也利用真菌生產各種酵素，並且打造不同屬性的新生物結構，包括隔音性、強度和韌性等。」他的團隊還在研究利用真菌生產甲殼素，這種物質廣泛應用於食品增稠和化妝品行業。 他說：「甲殼素通常是由貝殼類生物加工而成的，存在過敏可能。而真菌生產的甲殼素是不會引起過敏的。今年我們預計還會推出更多基於真菌生產的產品。真菌資源真的很迷人，而且幾乎沒有被開發過。」 真菌還可以與傳統建築材料結合使用，生產出一種能夠自我修復的「智能混凝土」。如果有裂縫出現，真菌的生物活動會分泌出碳酸鈣（混凝土的主要成分），將裂縫填滿、修補建築損傷。 卡利塔（Gitartha Kalita）是印度古瓦哈提阿薩姆唐博斯科大學的生物工程師。他和同事們利用真菌和乾草廢物，研製出了建築木材的替代品。他說：「使用菌絲的可能性是無限的。在人們眼中的農業廢棄物，實際是真菌生長的資源。我們的生存環境已經退化了，所以我們要用可持續的方式來替代現有的材料。真菌可以把廢物變成對我們真正有價值的東西。" 請訪問 BBC Future 閲讀 英文原文。