雙面真菌

編譯 劉希

龜甲蟲

巴拿馬熱帶雨林中的龜甲蟲，其蛹表面覆有一層白色蠟樣物質(zhì)?？茖W(xué)家曾認(rèn)為該物質(zhì)是龜甲蟲的分泌物，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的化蛹階段，這是因?yàn)?，他們觀察到化蛹期開始后不久，龜甲蟲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）和開放式籠子里；另外，未被清除真菌的49只龜甲蟲蛹也分別“住進(jìn)了”這兩種籠子里。結(jié)果，密封式籠子里的龜甲蟲全都活了下來(lái)，但開放式籠子里的就沒(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，其存活率僅有43%?？梢?，小小的尖孢鐮刀菌雖然看著不起眼，但確實(shí)對(duì)龜甲蟲起到了保護(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放在一起，結(jié)果龜甲蟲在四周內(nèi)將這種植物病原體傳播到約80%的紅薯植株葉片上?？磥?lái)，尖孢鐮刀菌的確搭上龜甲蟲這趟“便車”，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。科學(xué)家猜想，可能是因?yàn)榧怄哏牭毒軌蚪柚敿紫x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的蛹周圍形成一個(gè)保護(hù)層，能夠以某種方式抵御龜甲蟲的天敵，從而防止化蛹階段的幼蟲被捕食；作為“回報(bào)”，當(dāng)龜甲蟲成年后從蛹?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的蛹周圍形成一個(gè)保護(hù)層

龜甲蟲居然會(huì)傳播一種能殺死其賴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。