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肉食蘑菇是如何毒害它的猎物?

来源:环球科学

平菇 图片来源:pixabay
20世纪80年代,科学家们发现平菇是肉食植物,很自然地,他们猜测平菇是唯一能够消化肉类的素食食物。
这里的肉是真的肉。线虫也被称为蛔虫,拥有独立的肠道、神经、肌肉。平菇能够在与线虫接触时给它下毒并在几分钟内使其瘫痪,接着平菇会将自己的纤维注射进线虫身体、溶解并进一步消化线虫尸体。
但是人们不知道这种真菌毒素的工作原理以及它的效力强度。研究这些问题的台湾科学家小组在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究结果。他们发现真菌的攻击目标是线虫体内最重要的机体,因此就算是历经2亿8千万年进化成不同物种的线虫也同样容易受到感染。
在进一步讲解之前,我得强调平菇并非是唯一有着这样进食习惯的真菌,这可能是因为线虫是土壤中数量最多的动物因而易被发现。这种小蠕虫十分常见,就算整个地球都消失而只剩下线虫,我们也将看到一个漂浮在太空中、依稀有着地球形状的线虫壳体。
因此,这种高品质蛋白质的缺乏导致了真菌进化的爆发也就不足为奇了。就算如此,真菌机智应对挑战时使用的多样、丰富的工具,都足以让人惊叹。
例如,在名叫卵菌的类真菌群体中的几个物种,以及另外属于壶菌真菌群体的几个物种(该群体产生了使得两栖动物大量死亡的病原菌),能够释放出可以感应并追踪线虫的细胞。它们就像是《黑客帝国》中的哨兵一样,只不过是移动的真菌而已,一旦它们获得目标,便会在靠近口或者肛门的地方将自己“包入囊中”,然后再将他们自己注射到蠕虫体内,攻击它的内部器官。
另一Haptoglossa属的卵菌纲生物能够产生具有感染性的“鱼叉细胞”。这些寻找猎物的高压线虫“手枪”会枪口朝上,附着在物体表面,而当线虫闯到枪口上时,便会引起真菌反应,释放鱼叉并将足够的孢子注射到线虫体内,断绝它的生路。尽管人们在小丑鱼和珊瑚的刺细胞中发现了类似的机制,但这一相同机制似乎是独立完整形成的。
有些真菌能够产生“糖果”用做陷阱。这些孢子有着各种令人厌恶的形状,像是镰刀形、高跟形以及没人能想到的小鸡形,这些形状似乎都是为了孢子能够精准落在线虫食道中,就像鱼刺卡在人的喉咙中一样,这些孢子一定十分美味,否则线虫也不会想吞食他们。一旦这些孢子落入腹中,它们就开始生根发芽,刺破线虫的肠道,最终将其杀死并消化掉。
其他的真菌则进化出了粘粘的尖枝、球状突出物或者是布满了超强力胶的网。线虫有时能够分辨出这种胶,并且快速撤退,这一反射行为在某些时候能够救它们一命。但这一感染机制应该在大多数时候都管用,因为至少有40种真菌都能产生这样的网。
除此以外,还有死亡项圈、致命珠宝这样的陷阱,那些四处游荡毫无察觉的蠕虫会穿过它们、与它分离或带着它一起游荡,这都帮助真菌更好地传播。
另一类似的武器是充气陷阱箍,至少有12种不同的真菌能够产生这种压缩陷阱,它能够在1/10秒内像致命浮水圈一样充气胀大,而这种挤压往往是致命的。
这些是物理陷阱,化学物质也很见效。

枯树木 图片来源:pixabay
米色贝壳形状的Pleurotus ostreatus如果单从形状上来判断,你不会想到它是肉食性的,但如果细细研究它的饮食习惯,就会发现它的确对肉类有着需求。曾经采集或种植过平菇的人都知道平菇能分解侵蚀树木,是首批在死树木上生长的生物,而那些曾经尝试过吃树木的人都知道这简直算不上是个好的蛋白质来源。

Pleurotus 图片来源:pixabay
Pleurotus在饥饿的时候,它会产生毒性液滴。而就在线虫接触到该毒性液滴的几分钟之内,它们就会渐渐失去行动能力并最终死亡。
在目前的研究中,该小组总共检测的15种Pleurotus真菌都具备该能力。接着他们检测了17种不同的线虫能否在该毒素下生存下来,最后结果是一种都没有。科学家因此总结道,在大约2.8亿年至4.3亿年前间,线虫虽然进化成了不同的物种,但这样的麻痹机制却被保留了下来。
科学家们认为钙离子可能在毒素作用过程之中起到了一定作用。动物肌肉之中有许多钙离子储存区域,当神经控制肌肉运动时,这些钙离子就被释放出来,引起肌肉收缩,而当神经控制肌肉停下来时,离子泵就会将钙离子重新填入到储存区域之中,那么肌肉就又放松下来。
为了研究真菌是如何完成该过程的,科学家们将可观察到的钙离子注射到蠕虫体内,他们发现钙离子会涌向被毒蠕虫的咽部和头部肌肉,并且一直聚集在那里,然后很快神经细胞和肌肉细胞就会大量死亡了。
因此真菌毒素很可能会不可逆地打开钙离子通道以及(或者)阻止钙离子泵重新回收钙离子,如果钙离子没办法回到原来的地方,蠕虫就会进入到僵直状态并最终死亡。
之后,科学家们通过随机诱导线虫基因突变来寻找能够抵御毒素的个体,再将突变个体的基因进行测序来确定发生改变的基因,科学家们由此推断,真菌毒素只有在蠕虫能够产生完整的感觉纤毛时才会发挥作用。
蛔虫躯干上大约60根柔弱的触须用于闻、尝、触、感受温度以及周遭的环境。科学家推断,无法产生具有保护功能纤毛的蠕虫,也无法感知周遭的环境,因此那些能够逃离Pleurotus的变种个体很可能无法在野外生存。
进一步的测验显示Pleurotus的毒液机制和目前所有杀线虫剂的机制是不一样的。线虫是植物、牲畜以及人类体内主要的寄生虫,而它们对于杀线虫剂的抗性正在增加。因此,这样一种完全未知、广泛有效、而且似乎不会让线虫产生抗性的药物就的确值得人注意了。
它甚至不是唯一的药物,还记得那些能产生粘粘的网的真菌吗,其中有一些和Pleurotus完全没有关联,却依然能够让线虫在一个小时内陷入昏迷状态。
撰文:Jennifer Frazer
翻译:先雨
审校:殷姝雅
引进来源:科学美国人
本文来自:环球科学
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