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你吃平菇,平菇吃肉

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科学媒介中心 2021-05-14 08:35
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平菇(图片来源:pixabay)

科学家知道平菇以线虫为食已有数十年历史,现在他们终于知道了平菇毒素的工作机制。

撰文 | 珍妮弗·弗雷泽(Jennifer Frazer)

翻译 | 先雨

审校 | 殷姝雅 洪艺瑞

20世纪80年代,科学家发现平菇是肉食者。很自然地,他们猜测在人类所有的素食食物中,平菇是唯一一个肉食者。

这里的肉是真的肉。线虫拥有肠道、神经、肌肉以及原始的欲望和梦想。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到线虫身体中,以溶解其中物质,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机制以及它的效力强度。去年3月,来自中国台湾的科学家团队在《美国科学院院刊》上发表了他们的研究结果。他们发现真菌毒素的攻击目标是线虫体内最重要的机体,因此就算是在2.8亿年前就已分离并最终演化成为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,它们被发现可能是因为线虫是土壤中数量最多的动物。这种小蠕虫十分常见,就算整个地球都消失而只剩下线虫,我们也将看到一个依稀有着地球形状的、由线虫组成的壳体漂浮在太空中。

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。即便如此,真菌在应对挑战时所表现出的机智以及它们使用的丰富多样的工具,也足以让人惊叹。

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,便会在靠近线虫口或者肛门的地方将自己“包入囊中”,然后再将自己注射到线虫体内,攻击它的内部器官。

另一种卵菌纲生物能够产生具有感染性的“鱼叉细胞”。这些用以寻找猎物的高压线虫手枪会保持枪口朝上,附着在物体表面。当线虫闯到枪口上时,手枪的扳机被扣动,使足够的孢子被注射到线虫体内,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,但卵菌纲生物的这一机制似乎是独立形成的。

有些真菌能够产生“孢子糖果”用作陷阱。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使孢子能够精准地停留在在线虫食道中,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。

其他的真菌则演化出了粘粘的尖枝、球状突出物或者是布满了线虫超强力胶的网。线虫能够感知到这种胶,并且可能会猛烈地往回收缩快,这一反射行为在某些时候能够救它们一命。但另一方面,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,还有死亡项圈这样的陷阱。那些四处游荡、毫无察觉的线虫会穿过它、与它分离或带着它一起游荡,这都能帮助真菌更好地传播孢子。而在那之后,这个环就会将自己注射进线虫体内。再然后……你懂的。

另一种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0.1秒内像致命浮水圈一样充气胀大,而这种挤压对线虫而言往往是致命的。

枯树(图片来源:pixabay)

这些是物理陷阱,化学物质也很见效。

如果单从形状上来判断,你不会想到米色贝壳形状的白腐菌(Pleurotus ostreatus)是肉食性的。但如果细细研究它的饮食习惯,你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侵蚀树木,它们是首批在枯木上生长的生物,而那些曾经尝试过吃树木的人都知道,枯木中含有的蛋白质含量非常低。

白腐菌(图片来源:pixabay)

在饥饿时,存在于树木内部的白腐菌纤维便会产生毒液。线虫在接触到该毒液的几分钟之内就会渐渐失去行动能力并最终死亡。

在目前的研究中,该小组检测的15种白腐菌均具备该能力。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,结果表明17种线虫均被毒液杀死。因此科学家总结道,在大约4.3亿~2.8亿年前,线虫的共同祖先产生了多个分支,这些分支最终形成了不同的物种,但这种毒素及其机制在不同的线虫中都被保留了下来。

科学家们认为钙离子可能在毒素作用过程中起到了一定作用。动物肌肉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运输到储存区域之中,肌肉就会转变为舒张状态。

为了研究真菌是如何完成该过程的,科学家将可追踪的钙离子注射到线虫体内。他们发现钙离子会涌向被毒线虫的咽部和头部肌肉,并且一直聚集在那里,导致神经细胞和肌肉细胞大量死亡。

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,线虫就会保持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,再对突变个体进行基因测序来确定突变基因。科学家由此推断,真菌毒素只有在线虫能够产生完整的感觉纤毛时才会发挥作用

线虫躯干上大约存在60根纤毛,它们能帮助线虫闻、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线虫也无法感知周遭的环境。因此那些能够逃离白腐菌的突变体很可能无法在野外生存。

进一步实验显示,白腐菌的毒液机制和目前所有针对线虫的杀虫剂的机制都不同。线虫是植物、牲畜以及人类体内的主要寄生虫,而它们对于线虫杀虫剂的抗性正在增加。因此,这样一种全新、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?其中有一些和白腐菌完全没有关联,却依然能够让线虫在一个小时内陷入昏迷状态。

原文链接:

https://www.scientificamerican.com/article/how-a-carnivorous-mushroom-poisons-its-prey/

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