你吃平菇,但是平菇卻吃肉?


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你吃平菇,但是平菇卻吃肉?

科學家知道平菇以線蟲為食已有數十年曆史,現在他們終於知道了平菇毒素的工作機制。

撰文| 珍妮弗·弗雷澤(Jennifer Frazer)

翻譯| 先雨

審校| 殷姝雅洪藝瑞

平菇丨圖片來源:pixabay

20世紀80年代,科學家發現平菇是肉食者。很自然地,他們猜測在人類所有的素食食物中,平菇是唯一一個肉食者。

這裡的肉是真的肉。線蟲擁有腸道、神經、肌肉以及原始的慾望和夢想。平菇能夠在與線蟲接觸時給它下毒,並在幾分鐘內使其癱瘓。接著,平菇會將自己的纖維注射到線蟲身體中,以溶解其中物質,並進一步消化線蟲屍體。

但是人們不知道這種真菌毒素的工作機制以及它的效力強度。去年3月,來自中國台灣的科學家團隊在《美國科學院院刊》上發表了他們的研究結果。他們發現真菌毒素的攻擊目標是線蟲體內最重要的機體,因此就算是在2.8億年前就已分離並最終演化成為不同物種的線蟲也同樣容易受到感染。

在進一步講解之前,我得強調平菇並非是唯一有著這樣進食習慣的真菌,它們被發現可能是因為線蟲是土壤中數量最多的動物。這種小蠕蟲十分常見,就算整個地球都消失而只剩下線蟲,我們也將看到一個依稀有著地球形狀的、由線蟲組成的殼體漂浮在太空中。

因此,這種高品質蛋白質的缺乏導致了真菌進化的爆發也就不足為奇了。即便如此,真菌在應對挑戰時所表現出的機智以及它們使用的豐富多樣的工具,也足以讓人驚嘆。

例如,在名叫卵菌的類真菌群體中的幾個物種,以及屬於壺菌真菌群體的幾個物種(該群體產生了使得兩棲動物大量死亡的病原菌),能夠釋放出可以感應並追踪線蟲的細胞。它們就像是《黑客帝國》中的哨兵一樣,只不過是移動的真菌而已。一旦它們獲得目標,便會在靠近線蟲口或者肛門的地方將自己“包入囊中”,然後再將自己注射到線蟲體內,攻擊它的內部器官。

另一種卵菌綱生物能夠產生具有感染性的“魚叉細胞”。這些用以尋找獵物的高壓線蟲手槍會保持槍口朝上,附著在物體表面。當線蟲闖到槍口上時,手槍的扳機被扣動,使足夠的孢子被注射到線蟲體內,斷絕它的生路。儘管人們在小丑魚和珊瑚的刺細胞中發現了類似的機制,但卵菌綱生物的這一機制似乎是獨立形成的。

有些真菌能夠產生“孢子糖果”用作陷阱。這些孢子有著各種令人厭惡的形狀,像是鐮刀形、高跟形以及沒人能想到的小雞形。這些形狀似乎都是為了使孢子能夠精準地停留在在線蟲食道中,就像魚刺卡在人的喉嚨中一樣。這些孢子一定十分美味,否則線蟲也不會想吞食他們。一旦這些孢子落入腹中,它們就開始生根發芽,刺破線蟲的腸道,最終將其殺死並消化掉。

其他的真菌則演化出了粘粘的尖枝、球狀突出物或者是佈滿了線蟲超強力膠的網。線蟲能夠感知到這種膠,並且可能會猛烈地往回收縮快,這一反射行為在某些時候能夠救它們一命。但另一方面,這一感染機制應該在大多數時候都管用,因為至少有40種真菌都能產生這樣的網。

除此以外,還有死亡項圈這樣的陷阱。那些四處遊蕩、毫無察覺的線蟲會穿過它、與它分離或帶著它一起遊蕩,這都能幫助真菌更好地傳播孢子。而在那之後,這個環就會將自己注射進線蟲體內。再然後……你懂的。

另一種類似的武器是充氣陷阱箍,至少有12種不同的真菌能夠產生這種壓縮陷阱。它能夠在0.1秒內像致命浮水圈一樣充氣脹大,而這種擠壓對線蟲而言往往是致命的。

枯樹丨圖片來源:pixabay

這些是物理陷阱,化學物質也很見效。

如果單從形狀上來判斷,你不會想到米色貝殼形狀的白腐菌(Pleurotus ostreatus)是肉食性的。但如果細細研究它的飲食習慣,你就會發現它的確對肉類有著需求。曾經採集或種植過平菇的人都知道平菇能侵蝕樹木,它們是首批在枯木上生長的生物,而那些曾經嘗試過吃樹木的人都知道,枯木中含有的蛋白質含​​量非常低。

白腐菌丨圖片來源:pixabay

在飢餓時,存在於樹木內部的白腐菌纖維便會產生毒液。線蟲在接觸到該毒液的幾分鐘之內就會漸漸失去行動能力並最終死亡。

在目前的研究中,該小組檢測的15種白腐菌均具備該能力。接著他們檢測了17種不同的線蟲能否在該毒素下生存下來,結果表明17種線蟲均被毒液殺死。因此科學家總結道,在大約4.3億~2.8億年前,線蟲的共同祖先產生了多個分支,這些分支最終形成了不同的物種,但這種毒素及其機制在不同的線蟲中都被保留了下來。

科學家們認為鈣離子可能在毒素作用過程中起到了一定作用。動物肌肉中有許多鈣離子儲存區域。當神經控制肌肉運動時,這些鈣離子就被釋放出來,引起肌肉收縮;而當神經控制肌肉停下來時​​,離子泵就會將鈣離子重新運輸到儲存區域之中,肌肉就會轉變為舒張狀態。

為了研究真菌是如何完成該過程的,科學家將可追踪的鈣離子注射到線蟲體內。他們發現鈣離子會湧向被毒線蟲的咽部和頭部肌肉,並且一直聚集在那裡,導致神經細胞和肌肉細胞大量死亡。

因此真菌毒素很可能會不可逆地打開鈣離子通道以及(或者)阻止鈣離子泵重新回收鈣離子。如果鈣離子沒辦法回到原來的地方,線蟲就會保持僵直狀態並最終死亡。

之後,科學家們通過隨機誘導線蟲基因突變來尋找能夠抵禦毒素的個體,再對突變個體進行基因測序來確定突變基因。科學家由此推斷,真菌毒素只有在線蟲能夠產生完整的感覺纖毛時才會發揮作用。

線蟲軀幹上大約存在60根纖毛,它們能幫助線蟲聞、嘗、觸、感受溫度以及周遭的環境。科學家推斷,無法產生具有保護功能纖毛的線蟲也無法感知周遭的環境。因此那些能夠逃離白腐菌的突變體很可能無法在野外生存。

進一步實驗顯示,白腐菌的毒液機制和目前所有針對線蟲的殺蟲劑的機制都不同。線蟲是植物、牲畜以及人類體內的主要寄生蟲,而它們對於線蟲殺蟲劑的抗性正在增加。因此,這樣一種全新、廣泛有效,而且似乎不會讓線蟲產生抗性的藥物就的確值得人注意了。

它甚至不是唯一的藥物。還記得那些能產生粘粘的網的真菌嗎?其中有一些和白腐菌完全沒有關聯,卻依然能夠讓線蟲在一個小時內陷入昏迷狀態。

本文經授權轉載自微信公眾號“環球科學”。

原文鏈接:

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