我们生活的地球是一个错综复杂的生态系统，充满了各种相互依赖的生命形式。当植物面临压力时，它们会释放化学信号，吸引微生物来释放被束缚的养分，并在土壤的微小孔隙中寻找水分，这些孔隙对最细小的根系来说可能过于狭小。作为回报，微生物获得了一个安全的栖息地或甜美的糖分。

这似乎是一个典型的互惠互利的故事，但情况并非如此。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一项新研究颠覆了这一传统观点，表明自由生活的土壤微生物实际上只是关注自身的利益。

研究成果已发表在《英国皇家学会学报B辑:生物科学》上。

在一项跨代实验中，来自农业、消费者和环境科学学院(ACES)的研究团队发现，微生物确实帮助植物应对干旱，但并不是因为植物在求助。相反，环境本身选择了那些耐旱的微生物。当这些耐旱微生物在发挥作用时，它们恰好也增强了植物的抗旱能力。

“这让我感到意外，因为我原本期待看到微生物与植物之间的共同进化和互惠关系的证据。包括我自己在内的许多人可能忽视了，微生物对植物的适应性或益处并不意味着它们是为了植物的利益而存在的，”凯文·里克斯表示，他在伊利诺伊州生态学、进化和保护生物学项目中完成了这一研究，现为多伦多大学的博士后研究员。

为了探究微生物如何帮助植物应对干旱，瑞克斯在有植物和无植物的盆栽中建立了活土壤群落。他对一半的花盆进行了浇水，而另一半则施加了干旱条件，并重复这一过程，持续了三代。这个设计旨在为选择的发生留出时间——植物可能会发出求助信号，并选择能够帮助它们的微生物。

在实验的第二阶段，瑞克斯将所有元素混合在一起。他再次在第一阶段的土壤中种植植物，并保持相同的浇水处理，但一些植物现在在世代灌溉充足的土壤中经历干旱，反之亦然。他预计，历史上干燥的花盆中的土壤微生物会更好地适应这些条件，从而比历史上潮湿的花盆中的微生物更能帮助植物抵御干旱。结果显示，经历干旱的植物在适应干旱的微生物中生长得更为茁壮。

然而——这是关键——第一阶段的土壤，无论是否有植物生长，结果都是如此。换句话说，即使没有植物通过化学信号选择它们，微生物也会随着时间的推移适应干旱。尽管如此，当它们与植物共同生长几代后，仍然提供了益处。这证明了这些微生物是在为自己而活，偶然间帮助了植物。

之前关于这一主题的研究未能包括非植物控制，这使得研究界得出结论，植物与微生物之间是通过共同进化进行交流的。

“我们的研究结果挑战了传统的互惠互利观念。菌根菌和固氮细菌是研究互惠共生的典型模型系统。但还有一类我们尚未完全理解的复杂相互作用，最终可能对植物有共同的好处，或者至少是单向的好处。我认为我们的方法使这一系统成为关注的焦点，”伊利诺伊州ACES学院自然资源与环境科学系副教授托尼·扬纳雷尔表示。

在进行第二阶段处理之前，研究人员还对一些第一阶段的土壤进行了消毒。在这些花盆中，历史上干燥土壤中的植物在经历干旱时并没有表现得更好。

“之前的一些研究实际上并没有比较有微生物和没有微生物的土壤，因此很难真正将微生物视为益处的驱动因素，”Yannarell说。“土壤中有许多因素可能会有所不同，但当我们在实验中对微生物进行消毒时，我们就失去了适应干旱的好处。”

研究人员在实验中未能识别出这些微生物，因此无法确切确定它们是如何对植物产生益处的。然而，里克斯表示，土壤微生物参与了许多能够帮助植物抵御压力的过程。

他说：“微生物负责养分和碳循环，因此无论它们是否真的在促进植物获取水分，它们仍然可以释放养分，使植物更健康，从而更能适应压力。”

瑞克斯不愿意声称他的研究将改变生态学研究的范式，尤其是考虑到这是一个专注于自由生活的土壤微生物和单一类型环境压力的温室实验。但他希望这能鼓励其他科学家在未来的研究中考虑无微生物和无植物的控制。这可能会揭示我们脚下真正发生的事情。