以往的技术会破坏微生物周围的结构，因此分析土壤中的微生物可能十分困难。
然而，“赛博格土壤”使研究人员能够在不干扰土壤中正在发生的过程的情况下分析其中的规律。
赛博格土壤一半是天然的，一半是人工的，由微工程芯片构成，使微生物城市得以在泥土中逐渐形成。
用茶匙从附近的一小块土壤中挖取一勺，所得的土样中将含有比地球上人口数量更多的微生物。这一结论来自实验室研究。这些研究分析从微生物世界中采集的土壤样本，以确定脚下这个世界中存在哪些微观生命形式。
问题在于，此类研究实际上无法告诉我们，这个由真菌、鞭毛虫和变形虫构成的地下王国在土壤中是如何运作的。由于这些研究需要将土壤从其环境中移出，它们会破坏土壤微生物所栖居的泥土、水分和空气的精细结构。
这促使我的实验室开发出一种方法，能够在不扰动其微栖息地的情况下，观察这些在地下工作的生物。它们作为有机物循环利用者，发挥着不可或缺的作用。
我们的研究揭示了土壤微生物所栖居的幽暗潮湿的城市。我们发现了由微小“高速公路”、“摩天大楼”、“桥梁”和“河流”构成的迷宫，微生物在其中穿梭，以寻找食物，或避免成为他者的下一顿美餐。这扇通向地下世界的新窗口，有助于我们更好地认识和保护地球上日益受损的日益受损的土壤。
赛博格土壤
在我们的研究中，我们开发了一种新型“赛博格土壤”，它一半是天然的，一半是人工的。它由微工程芯片构成，我们或将这些芯片埋入野外，或在实验室中用土壤包裹，并保持足够长的时间，以使微生物城市在泥土中逐渐形成。
芯片实际上起到了通向地下世界的“窗口”作用。在原本不透明的土壤中，芯片形成了一块透明区域。芯片经过切割，以模拟真实土壤的孔隙结构，而在微生物所经历的尺度上，这些孔隙结构往往奇特且有违直觉。
在微观尺度上，与我们在宏观世界中所熟悉的情况相比，占主导地位的物理规律有所不同。水会附着在表面上，静止的细菌会被水分子的运动推动。由于周围水的表面张力，气泡会对许多微生物形成难以逾越的屏障。
将芯片植入土壤后，我们得以观察微生物在分解活动的“通勤”途中穿行其间，从而揭示它们之间的相互作用、食物网，以及不同微生物如何改造其周围不断变化的微栖息地。
真菌高速公路
在我们取出第一批芯片时，发现其中存在土壤中各类单细胞生物、线虫、微小的节肢动物以及多种细菌。真菌菌丝与植物根系一样在地下延伸，已迅速生长深入赛博格土壤的孔隙之中，在真实土壤与芯片之间建立起直接的活体连接。
这使我们能够研究一种此前只在实验室研究中见到的现象：“真菌高速公路”，细菌沿其“搭便车”，在土壤中扩散。细菌通常通过水分散，因此，通过使部分芯片充满空气，我们得以观察细菌如何偷渡到新的孔隙中，沿着真菌菌丝探索性伸展的“触手”前行。
出乎意料的是，我们还在菌丝周围的空间中发现了大量原生生物——这类神秘的单细胞生物既不属于动物、植物，也不属于真菌。显然，它们同样搭乘真菌高速公路，这一现象此前完全未被探索。
由于我们在赛博格土壤芯片内考察了数百条可能的路径，包括数千个独立的孔隙空间，因此我们也能够量化这一现象的频繁程度。这表明，菌丝必定是多种游动微生物扩散的重要载体，使其在地下微型城市中觅食时获得重要优势。
地下工程
在我们的研究中，我们还希望探究微生物城市是如何以及通过何种方式被构建的。我们观察了土壤矿物质如何进入芯片，从而在我们置于地下的人工结构内形成真实土壤空间的孔隙。这是我们为此采取的方法之一。
当芯片开始变干时，我们观察到水分被吸入土壤孔隙的过程：随着降雨与晴天扰动其微小世界，土壤微生物会定期经历这种如海啸般的水分运动。由此形成的土壤矿物质图案，看上去恰如宏观世界中的河床系统。
塑造土壤微生物栖息地的，不仅是物理力量。真菌凭借其强健的菌丝尖端，常常扮演“生态系统工程师”的角色，通过开辟通道、以细胞阻断其他通道的方式，塑造环境。微生物大都市中的许多街道、大道和桥梁，正是由它们构建的。
更令人意外的是，我们发现其他“力量”较弱的生物同样会改变土壤的微观结构。例如，纤毛虫拥有用于运动的微小毛状延伸结构，它在积极觅食时也能像推土机一样翻动土壤。纤毛虫，例如，它拥有用于运动的细小毛状突起结构，在积极觅食时同样能像推土机一样翻动土壤。
土壤、科学与社会
我们的赛博格土壤研究最终有助于将野外生态学与可控的实验室研究联系起来。它兼具研究真实、复杂的土壤生物群落的优势，同时还能仔细控制和调节养分供应或温度等因素，从而使我们得以观察土壤及其微生物如何应对地表以上的变化。
但这项研究还有另一项益处。我们相信，观察土壤隐秘的世界及其引人入胜的居民，有助于人们在情感上投入到这一重要生态系统中。其他生态系统长期以来都以极具魅力的动物作为保护倡议的代表。然而，土壤仍然与尘土相联系，并被视为肮脏之物。然而，土壤支撑着我们95%的粮食生产。土壤储存的碳超过两倍于生物圈与大气层的总和。
我们希望表明，当你用茶匙挖进泥土时，你挖掘的是一座令人兴奋的隐秘大都市的上层区域，这里栖息着地球上四分之一的物种。你勺子里那些可爱的生物并不脏：它们正悄然提供至关重要的生态系统服务，支撑着地表以上的一切生命。这些土壤城市的居民亟需更好的保护。
