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雙面真菌

2023-03-01 10:30:00編譯劉希
大自然探索 2023年1期
關(guān)鍵詞:龜甲鐮刀籠子

編譯 劉希

龜甲蟲(chóng)

巴拿馬熱帶雨林中的龜甲蟲(chóng),其蛹表面覆有一層白色蠟樣物質(zhì)。科學(xué)家曾認(rèn)為該物質(zhì)是龜甲蟲(chóng)的分泌物,直到2020 年,德國(guó)某生物學(xué)研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),這種白色物質(zhì)在培養(yǎng)皿里竟然會(huì)生長(zhǎng)。這就意味著,它并不是分泌物。那它究竟是什么?

研究并沒(méi)有停止

通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察和基因測(cè)序,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),這層白色物質(zhì)竟是一種植物病原體——尖孢鐮刀菌(一種白色絲狀真菌)。雖然在龜甲蟲(chóng)的整個(gè)生命周期中都能檢測(cè)到這種真菌,但科學(xué)家卻將注意力集中在龜甲蟲(chóng)的化蛹階段,這是因?yàn)?,他們觀察到化蛹期開(kāi)始后不久,龜甲蟲(chóng)表面的尖孢鐮刀菌竟增多了1000倍!為什么尖孢鐮刀菌在這個(gè)時(shí)候會(huì)瘋狂生長(zhǎng)?

顯微鏡下的絲狀尖孢鐮刀菌

龜甲蟲(chóng)并不會(huì)結(jié)出具有保護(hù)作用的繭,因此科學(xué)家推測(cè),尖孢鐮刀菌可能在龜甲蟲(chóng)的化蛹階段幫助其免受螞蟻等天敵的捕食。為了證實(shí)這一猜想,科學(xué)家在巴拿馬的熱帶雨林中做起了實(shí)驗(yàn)——他們將49 只龜甲蟲(chóng)蛹表面的真菌清除,然后將其分別放在密封式籠子(以防止捕食者進(jìn)入)和開(kāi)放式籠子里;另外,未被清除真菌的49只龜甲蟲(chóng)蛹也分別“住進(jìn)了”這兩種籠子里。結(jié)果,密封式籠子里的龜甲蟲(chóng)全都活了下來(lái),但開(kāi)放式籠子里的就沒(méi)那么幸運(yùn)了:那些與真菌“為伍”的龜甲蟲(chóng)表現(xiàn)還不錯(cuò),在為期四天的測(cè)試期內(nèi)其存活率為88%;而沒(méi)有真菌相伴的龜甲蟲(chóng),其存活率僅有43%。可見(jiàn),小小的尖孢鐮刀菌雖然看著不起眼,但確實(shí)對(duì)龜甲蟲(chóng)起到了保護(hù)作用。

證實(shí)了上述猜想之后,科學(xué)家又產(chǎn)生了一個(gè)新的疑問(wèn):尖孢鐮刀菌本身對(duì)植物有致病性,那么在與龜甲蟲(chóng)建立共生關(guān)系后,其致病性依然存在嗎?既然不確定,那就實(shí)驗(yàn)看看。于是,他們將紅薯植株(龜甲蟲(chóng)的天然宿主)暴露在尖孢鐮刀菌中,發(fā)現(xiàn)這些真菌會(huì)在三周內(nèi)持續(xù)誘發(fā)植株患上萎蔫病。接著,他們將十株無(wú)真菌寄生的紅薯植株與剛從蛹?xì)ぶ小捌茪ざ觥钡膬芍积敿紫x(chóng)放在一起,結(jié)果龜甲蟲(chóng)在四周內(nèi)將這種植物病原體傳播到約80%的紅薯植株葉片上。看來(lái),尖孢鐮刀菌的確搭上龜甲蟲(chóng)這趟“便車(chē)”,順利到達(dá)它們共同的宿主植物體內(nèi)。不過(guò),讓科學(xué)家感到驚訝的是,尖孢鐮刀菌的基因組比鐮刀菌屬其他菌種的基因組小得多。其他菌種具有大量基因,可以幫助其采取不同的“策略”來(lái)“定居”在不同的寄主植物上??茖W(xué)家猜想,可能是因?yàn)榧怄哏牭毒軌蚪柚敿紫x(chóng)輕而易舉地從一棵植株“遷居”到另一棵植株,所以它不需要這些輔助基因,其基因組才那么小。

某些昆蟲(chóng)會(huì)結(jié)出具有保護(hù)作用的繭

得了萎蔫病的紅薯植株

復(fù)雜的共生關(guān)系

經(jīng)過(guò)兩年的研究,2022 年8 月,科學(xué)家終于確定了尖孢鐮刀菌和龜甲蟲(chóng)之間的復(fù)雜共生關(guān)系——它們組成了一種對(duì)其中一個(gè)宿主有益但對(duì)另一個(gè)宿主有害的真菌共生體。尖孢鐮刀菌在龜甲蟲(chóng)的蛹周?chē)纬梢粋€(gè)保護(hù)層,能夠以某種方式抵御龜甲蟲(chóng)的天敵,從而防止化蛹階段的幼蟲(chóng)被捕食;作為“回報(bào)”,當(dāng)龜甲蟲(chóng)成年后從蛹?xì)ぶ谐鰜?lái)時(shí),它們會(huì)將尖孢鐮刀菌傳播到它們共同的宿主植物體內(nèi),擴(kuò)大其寄生范圍。也就是說(shuō),不起眼的尖孢鐮刀菌扮演著雙重角色,一方面是龜甲蟲(chóng)的“守護(hù)者”,另一方面是寄主植物的破壞者。

尖孢鐮刀菌在龜甲蟲(chóng)的蛹周?chē)纬梢粋€(gè)保護(hù)層

龜甲蟲(chóng)居然會(huì)傳播一種能殺死其賴(lài)以生存的寄主植物的病原體,這實(shí)在匪夷所思,但科學(xué)家認(rèn)為,龜甲蟲(chóng)可能更喜歡被尖孢鐮刀菌侵染的植株,因?yàn)槲璨?huì)削弱植株對(duì)食草動(dòng)物的防御能力。更何況,有了尖孢鐮刀菌這位“守護(hù)者”,化蛹階段的龜甲蟲(chóng)在宿主植物上才得以“安穩(wěn)度日”,即便宿主植株枯萎,龜甲蟲(chóng)也能很容易地轉(zhuǎn)移到新的植株上。

不過(guò),至于尖孢鐮刀菌是如何保護(hù)龜甲蟲(chóng)免受天敵捕食的,科學(xué)家尚未給出答案。但通過(guò)研究尖孢鐮刀菌的基因組,他們發(fā)現(xiàn)了能夠產(chǎn)生具有殺蟲(chóng)特性的代謝物的基因。接下來(lái),科學(xué)家需要進(jìn)一步探索尖孢鐮刀菌的具體防御機(jī)制,以及這種真菌共生體是否會(huì)影響生態(tài)群落的其他成員。

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