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  • 我们吃的杏鲍菇却是猎杀线虫的高手,看真菌如何捕杀线虫
  • 本站编辑:帮帮拜思特发布日期:2021-06-16 13:07 浏览次数:

    自然界没有一个物种是边缘人,都是复杂生态系的一份子。其中,猎食者和猎物、宿主和病原菌均是生态系很常见的关系。以地球上数目最多的动物"线虫"为例,若我们能了解它的天敌——线虫捕捉菌杏鲍菇等等真菌是如何捕抓线虫,就有机会找出生物防治方法,对抗危害人类或农作物的寄生性线虫。

我们吃的杏鲍菇却是猎杀线虫的高手,看真菌如何捕杀线虫

    虫,有些人看到这个字就吓得脚软。但对于研究人员而言,显微镜下的虫,尤其是小小的线虫,是会扭来扭去的小可爱,"它们虽然很小、肉眼看不清楚,但在显微镜下,它们有很多秘密要跟我们说。"

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    肉食性真菌与线虫的狩猎对决!

    小小的线虫和真菌,在显微镜下诉说的"秘密",不是哪位明星谈恋爱的八卦,而是猎物和猎食者彼此如何攻防,这是生物非常普遍的关系。因为没有任何物种可单独存在,为了存活下去,猎食者要抓准时机觉醒猎魂,而猎物要想办法避开被捕食的处境。

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    这种史诗般的狩猎对决,激起薛雁冰的好奇心。然而,她可没办法将猎豹和羚羊抓回实验室研究,但生活史短暂、可用遗传学的方式研究的线虫和真菌 (如线虫捕捉菌和杏鲍菇),可以在分子层次做研究,回答以下好奇的问题:

    肉食性真菌不断独立演化出来,在生物学上代表什么意义?分子机制又是什么呢?

    线虫 (门)是地球上数量最多的动物,真菌处处遇到线虫,而许多不同种类的真菌不约而同"独立"演化出吃虫的能力,值得深究。更令人惊奇的是,不同肉食性真菌捕捉线虫猎物的机制截然不同。

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    这个现象不但有趣,未来也有机会发展生物防治,因为许多寄生性线虫也可能被相同机制杀死。大自然中有很多动植物的寄生性线虫,有些会造成农作物生病、产量减少,有些会危害人或动物的健康。但若想对抗这些寄生性线虫,可先了解:它们的天敌是透过什么样的互动来抓住线虫,然后"偷师"这些杀虫绝招。

    实验室选择的 C.elegans 线虫,虽然不是寄生性线虫,但是一种从 1970 年代迄今被广泛研究的模式生物,在显微镜下扭来扭去,为科学家解开生命之谜。许多诺贝尔奖的重大发现,都要归功于 C.elegans 线虫的牺牲小我。

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    除了 C.elegans 线虫,薛雁冰的实验室也住着它的猎食者、大自然常见的真菌──线虫捕捉菌 A.oligospora 和杏鲍菇(没错,就是我们吃的杏鲍菇),这两者在某些饥饿"条件下都会捕食线虫。这些吃线虫的真菌,不是天生的战斗民族,而是它们在缺氮的环境中饿到了,需要捕食线虫以摄取养分。两者杀害线虫的手段不一样,可以简单想象成:线虫捕捉菌擅长设"陷阱",而杏鲍菇专攻"下毒"。

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    猎魂觉醒!线虫捕捉菌这样设陷阱

    当环境中的氮养分不足,真菌 A.oligospora 一旦侦测到环境中存在线虫,就会形成黏黏的菌丝陷阱,像蜘蛛网等待线虫纳命来。一旦 C.elegans 线虫被真菌 A.oligospora 的菌丝陷阱黏住后,就会渐渐气绝身亡,然后被慢慢消化掉。

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    这命案过程中间、以及案发前后发生了什么事?薛雁冰团队透过遗传学、基因体学、神经科学和分子生物实验,像刑事鉴识中心般,剖析出线虫捕捉菌 A.oligospora 的五个犯案步骤:

    吸引猎物 → 发现猎物 → 设下陷阱 → 抓住猎物 → 饱餐一顿!

    事情要从 C.elegans 线虫的虫生故事说起,它从虫卵长为成虫大约只需两日,终其一生只有两个使命:成长、交配。从这个角度来看真好命。

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    因为线虫捕捉菌无法移动,需要想办法"吸引"猎物上门。薛雁冰团队发现,真菌 A.oligospora 看准线虫随时随地都在寻找"交配对象"和"食物",就分泌出和线虫性荷尔蒙相似的化合物、以及像线虫食物的化合物,借此吸引猎物。

    线虫捕捉菌 A.oligospora 如何知道猎物来了呢?请试着回想,当你肚子饿了,如何发现附近有食物,可能是鼻子闻到"前面那个好香喔"。线虫捕捉菌 A.oligospora 也类似如此,当它侦测到线虫身上特殊的"诱惑",就知道要赶快设下陷阱、捕捉猎物。

    C.elegans 线虫并没有梦幻诱惑的体香,而是会分泌称作 Ascarosides (暂无中文译名)的糖分子,这种糖分子的结构多达上百种。不同结构的 Ascarosides 糖分子,有些用于调控线虫自身的发育,有些作为寻找交配对象的语言。

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    身为猎食者的真菌 A.oligospora ,可称赞它聪明又心机重,知道这些 Ascarosides 糖分子是线虫的必要分泌物,那么猎食者只要学会辨识这些糖分子,就能侦测身边有没有好吃的线虫靠近,并且赶快长出黏黏的菌丝陷阱,将线虫黏住,最终化为肚中物。

    用毒高手!杏鲍菇的麻痹术

    杏鲍菇也是线虫杀手,但擅长"用毒"!它们不管环境有没有线虫,只要"饿了"就会分泌毒素。线虫误入毒素范围,立刻被麻痺!因为只有线虫神经细胞末端的感觉神经纤毛一接触到毒素,毒素立刻会从这个"破口"窜进线虫全身。

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    杏鲍菇的毒素会引起线虫的神经细胞和肌肉细胞的钙离子突然增加,导致肌肉剧烈收缩、麻痹,接着全身细胞跟着坏死,线虫很快就一命呜呼。

    更恐怖的是,哪怕只有一颗细胞的神经感觉纤毛接触到毒素,线虫也难逃一死,毒性厉害非常。

    "面对肉食性真菌,线虫的感觉神经纤毛是它的阿基里斯腱。"

    奇特的是,虽然这个毒素会引发全身麻痹,但这种麻痹不是藉由"神经传导物质"传递讯号所造成的。说白话一点,这个毒素不需要透过神经传递麻痹讯号,即可造成全身麻痹,这个发现在生物防治上极富意义。

    因为所有的寄生虫治疗药物皆是调控神经活性,而且许多寄生虫已对这些药物产生抗药性,薛雁冰团队找到的杏鲍菇杀虫途径,不是调控神经活性,而且这个机制在其他线虫身上也都相同。研究员可藉此另辟蹊径,找到新型寄生虫治疗药物。

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    结语:

    未来仍会继续拼凑出线虫与真菌的完整故事:"线虫的哪些 Ascarosides 糖分子,会引诱线虫捕捉菌长出陷阱?在千万年的共同演化中,线虫是否不甘于挨打,也演化出反制的机制?杏鲍菇的毒素究竟是什么?"除了观察短时间内猎物和猎食者的攻防战,也透过实验操作来观察两者长时间的演化军备竞赛(Evolutionary arms race)——如何经由基因和性状的变异,提升自己的防御值,成功存活下来的猎物,因而可以将这组基因遗传给子代;同时,猎食者也会发生基因和性状的变异,提升自己的猎杀能力。

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    当线虫和线虫捕捉菌打得火热,它们可能没想到,旁边正有一群好奇的研究团队,一边透过显微镜观察战况,一边透过实验解析双方的战斗防御力。为了将来的寄生性线虫生物防治发展,让我们对于这些在实验室牺牲小我的线虫们,致上最高的敬意。

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