双面真菌

编译 刘希

龟甲虫

巴拿马热带雨林中的龟甲虫，其蛹表面覆有一层白色蜡样物质。科学家曾认为该物质是龟甲虫的分泌物，直到2020 年，德国某生物学研究所的科学家发现，这种白色物质在培养皿里竟然会生长。这就意味着，它并不是分泌物。那它究竟是什么？

研究并没有停止

通过扫描电子显微镜观察和基因测序，科学家发现，这层白色物质竟是一种植物病原体——尖孢镰刀菌（一种白色丝状真菌）。虽然在龟甲虫的整个生命周期中都能检测到这种真菌，但科学家却将注意力集中在龟甲虫的化蛹阶段，这是因为，他们观察到化蛹期开始后不久，龟甲虫表面的尖孢镰刀菌竟增多了1000倍！为什么尖孢镰刀菌在这个时候会疯狂生长？

显微镜下的丝状尖孢镰刀菌

龟甲虫并不会结出具有保护作用的茧，因此科学家推测，尖孢镰刀菌可能在龟甲虫的化蛹阶段帮助其免受蚂蚁等天敌的捕食。为了证实这一猜想，科学家在巴拿马的热带雨林中做起了实验——他们将49 只龟甲虫蛹表面的真菌清除，然后将其分别放在密封式笼子（以防止捕食者进入）和开放式笼子里；另外，未被清除真菌的49只龟甲虫蛹也分别“住进了”这两种笼子里。结果，密封式笼子里的龟甲虫全都活了下来，但开放式笼子里的就没那么幸运了：那些与真菌“为伍”的龟甲虫表现还不错，在为期四天的测试期内其存活率为88%；而没有真菌相伴的龟甲虫，其存活率仅有43%。可见，小小的尖孢镰刀菌虽然看着不起眼，但确实对龟甲虫起到了保护作用。

证实了上述猜想之后，科学家又产生了一个新的疑问：尖孢镰刀菌本身对植物有致病性，那么在与龟甲虫建立共生关系后，其致病性依然存在吗？既然不确定，那就实验看看。于是，他们将红薯植株（龟甲虫的天然宿主）暴露在尖孢镰刀菌中，发现这些真菌会在三周内持续诱发植株患上萎蔫病。接着，他们将十株无真菌寄生的红薯植株与刚从蛹壳中“破壳而出”的两只龟甲虫放在一起，结果龟甲虫在四周内将这种植物病原体传播到约80%的红薯植株叶片上。看来，尖孢镰刀菌的确搭上龟甲虫这趟“便车”，顺利到达它们共同的宿主植物体内。不过，让科学家感到惊讶的是，尖孢镰刀菌的基因组比镰刀菌属其他菌种的基因组小得多。其他菌种具有大量基因，可以帮助其采取不同的“策略”来“定居”在不同的寄主植物上。科学家猜想，可能是因为尖孢镰刀菌能够借助龟甲虫轻而易举地从一棵植株“迁居”到另一棵植株，所以它不需要这些辅助基因，其基因组才那么小。

某些昆虫会结出具有保护作用的茧

得了萎蔫病的红薯植株

复杂的共生关系

经过两年的研究，2022 年8 月，科学家终于确定了尖孢镰刀菌和龟甲虫之间的复杂共生关系——它们组成了一种对其中一个宿主有益但对另一个宿主有害的真菌共生体。尖孢镰刀菌在龟甲虫的蛹周围形成一个保护层，能够以某种方式抵御龟甲虫的天敌，从而防止化蛹阶段的幼虫被捕食；作为“回报”，当龟甲虫成年后从蛹壳中出来时，它们会将尖孢镰刀菌传播到它们共同的宿主植物体内，扩大其寄生范围。也就是说，不起眼的尖孢镰刀菌扮演着双重角色，一方面是龟甲虫的“守护者”，另一方面是寄主植物的破坏者。

尖孢镰刀菌在龟甲虫的蛹周围形成一个保护层

龟甲虫居然会传播一种能杀死其赖以生存的寄主植物的病原体，这实在匪夷所思，但科学家认为，龟甲虫可能更喜欢被尖孢镰刀菌侵染的植株，因为萎蔫病会削弱植株对食草动物的防御能力。更何况，有了尖孢镰刀菌这位“守护者”，化蛹阶段的龟甲虫在宿主植物上才得以“安稳度日”，即便宿主植株枯萎，龟甲虫也能很容易地转移到新的植株上。

不过，至于尖孢镰刀菌是如何保护龟甲虫免受天敌捕食的，科学家尚未给出答案。但通过研究尖孢镰刀菌的基因组，他们发现了能够产生具有杀虫特性的代谢物的基因。接下来，科学家需要进一步探索尖孢镰刀菌的具体防御机制，以及这种真菌共生体是否会影响生态群落的其他成员。