在你最近的土塊裡挖一茶匙，你會發現裡面含有更多微生物比地球上的人還多。
我們知道這一點實驗室研究分析從野生微生物中採集的地球樣本，以確定我們腳下的世界中存在哪些形式的微觀生命。
問題是，這樣的研究其實並不能告訴我們這個由真菌、鞭毛蟲和變形蟲組成的地下王國是如何在地下運作的。
由於這些研究需要將土壤從其環境中移除，因此破壞了土壤微生物賴以生存的泥土、水和空氣的脆弱結構。
這促使我的實驗室開發出一種方法來監視這些地下工作者，他們對於他們的角色來說是不可或缺的。有機物回收劑，而不干擾它們的微棲息地。
我們的研究揭示了土壤微生物居住的黑暗、潮濕的城市。 我們發現了由小型高速公路、摩天大樓、橋樑和河流組成的迷宮，微生物在這些迷宮中尋找食物，或避免成為某人的下一餐。
這個了解地下發生的事情的新窗口可以幫助我們更好地欣賞和保護地球日益受損土壤。
機器人土壤
在我們的研究中，我們開發了一種新型的“機器人土壤”，它是一半天然、一半人工的。 它由微工程晶片組成，我們要么將其埋在野外，要么在實驗室中用土壤包圍，以便有足夠的時間讓微生物城市在泥土中出現。
這些晶片實際上就像通往地下的窗戶。 該晶片是不透明土壤中的透明斑塊，被切割以模仿實際土壤的孔隙結構，這些結構在微生物所經歷的規模上通常是奇怪且違反直覺的。
與我們所熟悉的宏觀世界相比，不同的物理定律在微觀尺度上佔據主導地位。
水附著在表面，靜止的細菌被水分子的運動所推動。 氣泡形成難以克服的障礙對於許多微生物來說，由於它們周圍水的表面張力。
一旦我們將晶片植入土壤中，我們就可以觀察微生物在分解過程中魚貫而過，揭示它們的相互作用、它們的食物網，以及不同的微生物如何設計它們周圍不斷變化的微生境。
真菌高速公路
當我們挖掘出第一塊晶片時，我們遇到了各種各樣的單細胞生物，線蟲， 微小的節肢動物，以及我們土壤中存在的細菌種類。真菌菌絲，像植物根一樣在地下挖洞，快速成長進入我們的機器人土壤孔隙的深處，在真實的土壤和我們的晶片之間建立直接的生命連結。
這意味著我們可以研究一種僅在實驗室研究中已知的現象：“真菌高速公路“沿著哪些細菌”搭便車「透過土壤傳播。
通常有細菌透過水分散，因此透過使我們的一些晶片充滿空氣，我們可以觀察細菌如何走私自己沿著真菌菌絲的摸索進入新的毛孔。
沒想到我們還發現了很多原生生物– 菌絲周圍空間中的神秘單細胞生物，既不是動物、植物，也不是真菌。 顯然，它們也在真菌高速公路上搭便車——這是迄今為止完全未被探索過的現象。
因為我們研究了我們的機器人土壤碎片內的數百條可能的路徑，包括數千個單獨的孔隙空間，所以我們也可以量化這種情況經常發生。
這顯示菌絲必定是多種遊動微生物傳播的重要載體，使它們在地下微型城市覓食時具有重要優勢。
地下工程
在我們的研究中，我們也想探索微生物城市的設計方式和方式。
我們可以做到這一點的一種方法是觀察土壤礦物質如何進入我們的晶片，在我們放置在地下的人造結構內創造出真實的土壤空間。
當我們的薯片開始乾燥時，我們目睹了水是如何透過土壤孔隙被吸走的：土壤微生物經常暴露在雨水和陽光破壞其微小世界的過程中，形成一場水運動的海嘯。
由此產生的土壤礦物質模式看起來就像是我們宏觀世界中的河床系統。
塑造土壤微生物棲息地的不僅是物理力量。 憑藉其強大的菌絲尖端，真菌通常表現得像“生態系工程師「，用它們的細胞打開通道並堵塞其他人。它們負責微生物大都市中的許多街道、大道和橋樑。
更令人驚訝的是，我們發現其他不太「強大」的生物也會改變土壤的微觀結構。
A纖毛蟲例如，它擁有用於運動的細小的毛髮狀延伸物，也可以透過其旺盛的覓食來推土推土。
土壤、科學與社會
我們的機器人土壤研究最終有助於將野外生態學與受控實驗室研究聯繫起來。 它結合了研究現實、複雜的土壤生物群落的優勢，同時仔細控制和調整養分供應或溫度等因素，以便我們能夠了解土壤及其微生物對地面變化的反應。
但還有另一個好處。 我們相信，觀察土壤的隱藏世界及其有趣的居民可以幫助人們在情感上融入這個重要的生態系統。
其他生態系早已有有魅力的動物代表保護倡議。
另一方面，土壤仍然與污垢有關和骯髒。
然而土壤支持我們 95% 的糧食產量。 他們儲存超過兩次碳的含量比生物圈和大氣層的總和還要多。
我們想表明，當你把茶匙挖進土裡時，你正在挖掘一個令人興奮的秘密大都市的上游，其中包含四分之一地球的物種。 湯匙裡的可愛生物並不髒：它們正在悄悄地提供重要的生態系統服務，支持地面上的所有生命。 這些土城居民是急需以獲得更好的保護。
