SAT阅读自然科学类背景知识-地衣的定义错了150年

拥有SAT阅读的话题背景知识可以在考试中极大的提高阅读速度和答题正确率，想知道未来SAT阅读的文章考哪些话题和文章么？快看我们为大家准备的一篇自然科学干货文，提前了解这些重点话题的背景知识十分重要，特别是对于即将参加今年SAT的同学来说价值非常大哦~

1970年代末，美国西北部蒙大拿州，有一个小孩叫托比·斯普利比勒。他家里很穷，没有房子，全家就住在一个停在停车场的房车里。父母信奉原教旨主义基督教，认为《圣经》上每一个字都是真实准确的。学校教育会说《圣经》有错误，所以小托比的父母就没有让他去学校上学，而是在家里自己教他。

少年时，小托比就爱上了科学，但是没有办法接受正规教育。到1995年，托比19岁了，就去打工了，没有上大学。打了几年工以后，他攒了一点钱，还是想上大学，但是美国的大学要求提供高中成绩单，而且学费很高。托比根本没有读过高中，哪来的成绩单？手头的钱也不够。于是他就想去德国留学，因为德国很多大学不收学费。

德国大学也是要看高中成绩单的。还好哥廷根大学有规定，每年可以破格招一点不能提供高中成绩的人，这才给了托比入学机会。

托比是在蒙大拿州人烟稀少的山区长大的，从小对山区里一种叫地衣的生物感兴趣。到哥廷根大学以后，托比一直认真研究地衣，硕士毕业后，成了一个地衣专家。今天这篇文章要介绍的重大发现，就是托比做出来的。

地衣这种生物，一般贴在木头、树干和石头表面长，会把底下的东西完成覆盖住。远看，你会觉得地衣脏兮兮的，不值得关注。近看，你会觉得其实地衣非常美丽。地衣的形态和颜色多种多样，有的像卷起来的彩漆皮，有的像珊瑚枝杈，有的像粉末，有的像蕨类的叶子，还有的像身体蠕动的小虫子。地衣不仅外表美丽，生命力还特别强。地球上有些角落，任何动植物都无法生存，地衣却可以生存。

一种像蕨类的地衣

地衣不仅是生命力强，它在整个生物学的发展史上也有重要意义，因为“共生”（symbiosis）这个概念，就是从地衣上发现的。在大概1860年的时候，当时的科学家还以为地衣是植物的一种。1868年，瑞士植物学家西蒙·施文德纳提出，地衣根本不是一种植物，而是真菌和藻类的复合体。当时整个科学界对“共生”这种现象还不了解，因此有很多科学家反对施文德纳的提法。但施文德纳和其他一些支持他的科学家借助高倍望远镜成功将地衣中的真菌和藻类分开了，左边摆着真菌，右边摆着藻类，这样反对施文德纳的科学家就都信服了。

施文德纳做出的发现功劳很大，但是他有一个地方搞错了：他认为是真菌俘获了藻类，真菌和藻类两者之间是奴隶主和奴隶的关系。经过进一步研究，其他一些科学家证明，两者之间是互助合作关系：藻类进行光合作用可以给真菌提供一些营养物质，而真菌可以给海藻提供一些矿物质、水，还可以给藻类提供“房子”。在此之前，整个生物学界都没有见过这种两种生物互相合作着生活的情况。这是一种全新的现象，需要一个全新的名字。两位德国科学家想出来一个新名词——“共生”。

瑞士植物学家西蒙·施文德纳

在此之后，科学家们发现生物界存在很多种共生关系。比如，人/动物及其体内的多种细菌，就是一种共生关系。一些藻类和珊瑚之间，也是。不过最开始还是从地衣上发现的。

后来，生物学的教科书就这样写了：地衣是藻类和真菌的复合体。150多年来，都是这样写的。但是这个定义也一直有一个问题，就是科学家们始终不能在实验室“养”出地衣来。本来，如果我们知道某种地衣是某种藻类和某种真菌的复合体，那我们在实验室里，把该种藻类和该种真菌放在一起，就应该能用人工方法养出该种地衣来啊。可是这么简单的一件事始终办不到，那究竟是为什么呢？

有科学家怀疑，是不是少了一样东西呢？这共生不是藻类和真菌两样东西的共生，而是三样东西的共生？但是大家只是这样想，并没有找到。从小没有上过正规学校的托比·斯普利比勒，发现了这第三样东西。

托比证明，几乎所有“大地衣”（体积最大、所含细分小种最多的一大类地衣），都是藻类加一种真菌再加一种真菌三样东西的共生。

托比2011年在德国获得博士学位后，回到家乡美国蒙大拿州继续研究地衣。他加入了另一位科学家主持的实验室，专门研究共生现象。这位科学家叫约翰·麦卡钦，他建议托比借鉴一些现代遗传学方面的知识。

蒙大拿州山区的树林中有两种地衣，都是挂在树枝上的。两者的外观差不多，都像乱糟糟梳不齐的假发。不同的是，第一种叫Bryoria tortuosa ，呈黄色，含一种名叫“普尔文酸甲酯”（vulpinic acid）的剧毒物；另一种叫B. fremontii，呈深褐色，不含“普尔文酸甲酯”。这两种地衣被发现已经将近100年了，科学家一直把它们当成是两个不同的种，但是最近的研究发现两种地衣所含的真菌是同一种，所含的藻类也是同一种，那按照“地衣由一种真菌和一种藻类构成”的理论，这两种地衣就应该是同一种地衣啊，那为什么它们颜色不一样，而且还一个有毒，一个没有毒呢？

上为B·fremontii，下为Bryoria tortuosa，绿色发光小点代表显微镜下观测到的担子菌基因

为了搞清楚这个问题，托比就看了一下两种地衣是不是包含什么不同的基因（根据基因看两种地衣是不是包含什么不同的真菌），结果没有找到。然后他发现自己可能犯了一个错误。按照以前的发现，所有地衣里所含的真菌都属于“子囊菌”（英文为ascomycete，子囊菌只是真菌下面一个纲再下面一个门），所以托比受到这个先入之见的影响，也只注意比较了这两种地衣是不是包含不同的子囊菌。后来托比想，那万一这两种地衣包含其他真菌呢？于是，托比开始注意利用基因技术比较这两种地衣是不是包含不同的其他真菌。这下，马上就发现，这两种地衣包含两种不同的“担子菌”（英文名为basidiomycete，担子菌是真菌下面另一个纲另一个门）。

但是还有一些其他可能。比如只是地衣沾上了一点担子菌，或者是地衣感染上了这种真菌，总之可能担子菌是后来长到这两种地衣上去的，可能担子菌并不是这两种地衣的必要构成部分。

为了排除这些可能，托比就把这两种地衣上的担子菌都去掉，然后发现本来含有“普尔文酸甲酯”的那第一种地衣就不含了。而含有“普尔文酸甲酯”是第一种地衣的基本特征，这就说明担子菌是该种地衣的必要构成成分了。这就是让托比茅塞顿开的一刻。后来，经过深入研究，托比发现，这两种地衣都含有担子菌，含担子菌量小的，就呈深褐色，无毒；含担子菌量大的，就呈黄色，有毒。

托比在自己整个职业生涯曾经搜集了45000个地衣样本，于是他就仔细在所有这些样品中找，看有没有担子菌，结果发现，在几乎所有“大地衣”都含有担子菌。

一种像蘑菇的地衣

说起来有点让人吃惊，140年前，显微镜就发明了，人们就可以看到很小的东西了。但是居然到最近才发现地衣里面有第三样东西。这是为什么呢？

因为第三样东西很像第二样东西。在显微镜下，地衣看起来像一块外皮坚硬，内里多孔松软的“法棍”面包。藻类和子囊菌都镶嵌在坚硬的外皮里，子囊菌的菌丝向内分出枝丫，而外皮最表面那部分，就是担子菌。因为担子菌在显微镜下很像子囊菌的横截面，所以这么多年来无数科学家其实都用显微镜看到过担子菌，但还都以为到自己看到的是子囊菌。

托比在观测的时候用了一个小技巧：每当在显微镜下看到了藻类就用发红光的分子（荧光物）给它贴一个标签，每当看到了担子菌就用发绿光的分子给它贴一个标签，每当看到了子囊菌，就用发蓝光的分子给它贴一个标签。这样一下就能直观地看到，几乎所有地衣样本都同时发三种颜色的光。这就说明，确实几乎所有地衣都是三样东西的共生，而不是两样东西的共生。

一位牛津大学的生物学家认为，托比·斯普利比勒的这个发现确实推翻了教科书中地衣的定义。下一步科学家要搞清楚藻类和两种真菌之间的共生关系具体是怎样的，三样东西各自扮演什么样的角色，还要试试是不是在实验室凑够了这三样东西就可以人工养出地衣来。