登录 注册 论坛
《科学画报》

《科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

由中国科学社于1933年8月创刊,距今已有80年的历史。《科学画报》在80年的办刊历程中,形成了通俗生动、...

文章数197
当前位置:
主题站>名刊精选>《科学画报》>详情页

真菌之战

2015-07-30 16:28:16

33681

文/杨

当你踏上一片草地或是穿过一片森林的时候,你或许不会意识到,自己正在穿越一片战场。野外的宁静只不过是表面现象,事实上,在土壤下面、落叶丛中或者布满苔藓的树桩下,战争正激烈地进行着。

发动战争的是各种各样的真菌。有时候你可以在土壤表面看到它们的部分成员——整齐排列的野生菌菇。它们表现得非常平静,但在肉眼看不见的地方,它们正在展开野蛮和残忍的战争,有一对一的战斗、潜行暗杀、化学战,甚至是精神上的控制。

 

真菌之间的战争

真菌号称土壤里的“野兽”,它们具有识别同类的能力。真菌的菌丝分裂后,是互相避开独立生长的。但在生长过程中,若是独立的个体相遇,菌丝将会相互融合,形成网状结构以更利于营养的吸收和菌体的生长。

然而,当属于同一种但基因不同的真菌个体相遇时,首先它们会退缩,然后编织密集的、弯曲的黑色、棕色或黄色线状“防护网”以划清界限,并防止对方入侵自己的领地。

森林里居住着成千上万种真菌,不同种真菌相遇的现象非常频繁,因此真菌之间的战争随处可见。以对土壤具有一定调理作用的木霉属真菌为例,它可以将敌人的菌丝卷曲,在机械力或酶的作用下穿过菌丝去攻击敌人或夺取敌人的食物。

但是,大多数真菌之间的战争并非如此直接。我们可能对真菌分泌的挥发性化学物质比较熟悉,例如烹饪蘑菇的气味或者是腐烂的气味。当真菌相遇,化学战接踵而至。一些真菌,例如簇生垂幕菇会释放出倍半萜烯,这种物质对其他真菌具有致命的危害。随处可见的云芝也是常见的“投毒者”。它们通过在敌人的食物中分泌有毒性的酶来杀死对手,从而占据敌人的领地和食物。

真菌根据战斗力的强弱可分为多个等级,一些真菌擅长进攻,另一些则擅长防守。环境的冷暖、干湿,食物的数量与质量等均会影响真菌的战斗能力。例如,簇生垂幕菇在温暖的环境中战斗力更强。天气的变化、周围菌群环境等也会对战争结果产生影响。

在森林战场中,当你掀开地上厚厚的树叶,你会清楚地看到正在寻找食物和进攻敌人的真菌菌丝。将一块腐烂的木头翻过来,你会发现菌丝一簇一簇地聚集在一起,编织成巨大的网状物,这些菌丝的主要作用是为真菌主体输送充足的水分与食物。

 

真菌与其他物种之间的战争

真菌除了会与同类物种进行斗争之外,土壤中的线虫也是真菌的重要猎物。

一些真菌依靠黏性网来捕食线虫。先是菌丝通过分枝、弯曲、融合,在菌丝体的某一段上产生瘤状突起,并朝各个方向延伸,形成菌环,从而构成立体的复杂黏性网。当线虫经过菌网,或从边缘经过接触到菌网时,就会被上面的黏性物质粘住。被粘住部位的菌网上的细胞往往膨大、突起,形成不规则的附着孢。附着孢形成后,就开始侵入虫体,穿破线虫体壁,吸收线虫体腔里的内容物,最后使线虫解体。

在真菌面前,昆虫和其他节肢动物也无法幸免。尽管它们拥有多层含有蜡、脂蛋白以及抗真菌化合物成分的外壳来武装自己,但是一些真菌可以穿透这些防护,侵入其细胞内部。若是昆虫的免疫细胞足够强大,可以将入侵的真菌杀死并赶出体外;若入侵的是号称“昆虫杀手”的虫霉目真菌,那么昆虫则无法幸免。这类真菌入侵昆虫体内之后,通过阻塞其气孔或气管使其窒息身亡。另外,来自柔膜菌目的入侵者会迅速占据昆虫体内的所有腔体,并释放出致命毒素。

在战斗过程中,真菌并不一定通过将对手杀死来取得胜利。聪明的真菌有时会选择利用对手来取得更大的胜利。一些虫草属真菌感染蚂蚁后,可以控制受害者的行为,使其成为自己的“帮凶”。在这些真菌的驱使下,蚂蚁爬到高处,然后真菌像在直升机上扔炸弹一样投射孢子,以此扩大其“部队”的覆盖范围。

 

探究真菌的战略战术

人类可以从真菌与昆虫之间的战争中获益。19世纪末,俄罗斯和美国通过大量生产白僵菌和绿僵菌的孢子粉来减少某些有害昆虫(例如马铃薯甲虫)。与化学农药相比,采用微生物农药来消灭昆虫的方法成本高,生产过程复杂,储存和使用都比较困难,这意味着该方法推广起来存在一定的困难。但是,随着人们对环境问题的日益关注,由化学农药而产生的环境问题使得微生物农药受到青睐。微生物农药针对性比较强,可以消灭某个特定的有机体,并可以将对其他物种的伤害程度降到最低水平。

真菌还具有对抗细菌的能力。青霉素就是由青霉菌分泌的一种特殊化学物质,它可以通过抑制细菌细胞壁的形成来抑制细菌的繁殖。分子生物学告诉我们,不同真菌都有分泌多种化学物质的基因,只不过在实验室环境下,真菌通常单独培养,这使得它们只能分泌部分化学物质。在激烈的战斗中,真菌才会分泌多种抗菌化学物质。只有充分理解真菌分泌化学物质的机理,我们才能更好地把握抗菌药物研发的方向。

为了深入理解真菌的战略战术,科学家绘制了森林里的真菌菌丝的网络结构。他们还在实验室中用泥土和木头模拟森林里的生态环境,通过控制温度、食物、敌对生物的种类,观察真菌在面临外界环境及对手变化时会采取什么措施。它们会奋起抵抗击退外来侵略者,还是被敌人打得流离失所?它们会采用何种“武器”,采用何种战略战术?⋯⋯通过深入的观察和研究,我们将对看似微不足道的真菌有更加深刻的理解和认识,从而进一步发掘真菌的优势,改善我们的生活。


——选自《科学画报》2015年第七期


扫描二维码,关注微信“科学画报”