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。科學家曾認為該物質是龜甲蟲的分泌物，直到2020 年，德國某生物學研究所的科學家發現，這種白色物質在培養皿里竟然會生長。這就意味著，它并不是分泌物。那它究竟是什么？

研究并沒有停止

通過掃描電子顯微鏡觀察和基因測序，科學家發現，這層白色物質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生命周期中都能檢測到這種真菌，但科學家卻將注意力集中在龜甲蟲的化蛹階段，這是因為，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時候會瘋狂生長？

顯微鏡下的絲狀尖孢鐮刀菌

龜甲蟲并不會結出具有保護作用的繭，因此科學家推測，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。為了證實這一猜想，科學家在巴拿馬的熱帶雨林中做起了實驗——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“住進了”這兩種籠子里。結果，密封式籠子里的龜甲蟲全都活了下來，但開放式籠子里的就沒那么幸運了：那些與真菌“為伍”的龜甲蟲表現還不錯，在為期四天的測試期內其存活率為88%；而沒有真菌相伴的龜甲蟲，其存活率僅有43%。可見，小小的尖孢鐮刀菌雖然看著不起眼，但確實對龜甲蟲起到了保護作用。

證實了上述猜想之后，科學家又產生了一個新的疑問：尖孢鐮刀菌本身對植物有致病性，那么在與龜甲蟲建立共生關系后，其致病性依然存在嗎？既然不確定，那就實驗看看。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，發現這些真菌會在三周內持續誘發植株患上萎蔫病。接著，他們將十株無真菌寄生的紅薯植株與剛從蛹殼中“破殼而出”的兩只龜甲蟲放在一起，結果龜甲蟲在四周內將這種植物病原體傳播到約80%的紅薯植株葉片上。看來，尖孢鐮刀菌的確搭上龜甲蟲這趟“便車”，順利到達它們共同的宿主植物體內。不過，讓科學家感到驚訝的是，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“定居”在不同的寄主植物上。科學家猜想，可能是因為尖孢鐮刀菌能夠借助龜甲蟲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。

某些昆蟲會結出具有保護作用的繭

得了萎蔫病的紅薯植株

復雜的共生關系

經過兩年的研究，2022 年8 月，科學家終于確定了尖孢鐮刀菌和龜甲蟲之間的復雜共生關系——它們組成了一種對其中一個宿主有益但對另一個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保護層，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”，當龜甲蟲成年后從蛹殼中出來時，它們會將尖孢鐮刀菌傳播到它們共同的宿主植物體內，擴大其寄生范圍。也就是說，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保護層

龜甲蟲居然會傳播一種能殺死其賴以生存的寄主植物的病原體，這實在匪夷所思，但科學家認為，龜甲蟲可能更喜歡被尖孢鐮刀菌侵染的植株，因為萎蔫病會削弱植株對食草動物的防御能力。更何況，有了尖孢鐮刀菌這位“守護者”，化蛹階段的龜甲蟲在宿主植物上才得以“安穩度日”，即便宿主植株枯萎，龜甲蟲也能很容易地轉移到新的植株上。

不過，至于尖孢鐮刀菌是如何保護龜甲蟲免受天敵捕食的，科學家尚未給出答案。但通過研究尖孢鐮刀菌的基因組，他們發現了能夠產生具有殺蟲特性的代謝物的基因。接下來，科學家需要進一步探索尖孢鐮刀菌的具體防御機制，以及這種真菌共生體是否會影響生態群落的其他成員。