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昆虫界傀儡大师真菌,感染果蝇后将其操纵到死

2024-11-01 210

加州大学柏克莱分校博士生 Carolyn Elya 在住家阳台发现控制昆虫的傀儡大师:一种感染果蝇的真菌,会侵入果蝇的神经系统,并由内而外吞噬它们。

2015 年夏天,当 Elya 第一次看到放在阳台的西瓜腐烂,但周围果蝇横尸遍野时,她没有吓得花容失色,反而感到十分兴奋──她怀疑是真菌造成果蝇死亡。

于是 Elya 每天早晨和傍晚都定时观察这颗西瓜,越来越肯定一定是西瓜的真菌控制了果蝇,最终导致它们死亡。她将实验室用的黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)带回家,试着让它们也被真菌感染,最终她成功了。不过她也发现果蝇不能以实验室提供的标准食物喂食,因为那种食物含有抗真菌剂,会使果蝇不被真菌感染。

至于那些受感染的果蝇在痛苦死亡过程中,就像系在绳子上的傀儡,会爬到高处、张开翅膀、露出腹部使真菌附着,真菌的孢子便可从高处向四面八方射出,感染更多果蝇。

▲ 果蝇尸体上的真菌由分生胞子梗(conidiophores)向外形成分生孢子(conidia)。本片以 20 倍放大,每分钟拍照记录一次持续 222 分钟,再以 10fpsframe per second)速度播放。(Source:论文)

Elya 说:“我认为对果蝇而言,真菌是又大又坏又邪恶的生物,但事实上真菌也有脆弱的一面。我也发现许多奇怪之处,仿佛在读科幻小说。真菌就像身体的入侵者。当我告诉其他人我正在研究的事情时,他们多半觉得恶心;但当我告诉他们这些真菌不会感染人类时,他们便开始感兴趣了。”

有许多微生物,如细菌、真菌、原生动物都会操控动物的行为,但科学家还不了解这些微生物如何侵入并控制动物的神经系统。因此借由彻底研究果蝇,或许便能了解其中机制。

这种学名为 Entomophthora muscae 的真菌已有 160 年历史,其中属名 Entomophthora 意思就是“昆虫破坏者”。这种可控制昆虫的行为模式在真菌里并不常见,而有些真菌会入侵蚂蚁、蚜虫、甲虫、蟋蟀,并控制它们的行为,将它们逼上致命高处,使附着在昆虫身上的真菌能将孢子四射,科学家将这种行为模式称为“登顶症”(summit disease)。

Elya 目前已知真菌会入侵果蝇的神经系统,这也为研究真菌控制宿主的机制提供线索。她还更进一步发现,虽然真菌控制了果蝇的神经系统,并从果蝇的脂肪获取能量,但就目前的研究结果显示,果蝇对真菌的入侵无能为力。Elya 说:“菌丝会逐渐吞噬果蝇的脑,也会吃掉它的肌肉。”

当果蝇的脂肪消耗殆尽后,果蝇便会出现行为异常。很显然,真菌不仅入侵果蝇的神经系统,还控制了它的器官,于是果蝇开始转往高处栖息。最终真菌的菌丝从果蝇鼻腔窜出,将丧失飞行能力的果蝇固定在所处位置表面,而果蝇的翅膀会固定成不自然的 90 度反折,菌丝再吸取果蝇的体液至其死亡。

▲ 受感染的果蝇鼻子伸出菌丝,被菌丝固定在高处等待死亡。

Eisen 教授向《大西洋》杂志(The Atlantic)表示:“微生物是生物中最具创新能力的,微生物和动物间的交互作用始终存在,而微生物一直求新求变,试图拥有操纵宿主的能力。”Elya Eisen 的研究发表在《eLife》期刊,并将继续进行后续研究。

  • Flies meet gruesome end under influence of puppeteer fungus

(图片来源:加州大学柏克莱分校)

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2019-03-11 14:32:00

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