巧克力樹用抗病樹葉滋養幼苗

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點

1809年，一位名叫

海因裡希·弗里德里希·林克的德國植物學家報告說，健康的植物似乎有真菌在其中生長。它們在那裡做什麼？為什麼植物沒有把它們趕出去？在19世紀，大多數科學家認為健康的植物內部是無菌的。一些人認為，在那裡發現的任何真菌至少是部分寄生的。

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當植物學家為這個謎題絞盡腦汁時，動物學家也得出了類似但可能不那麼令人驚訝的發現。許多蟲子——主要是細菌，還有古菌和真菌——生活在動物的消化道和生殖道內。長期以來，人們也認為它們只是在那裡閒逛，沒有做太多事情，只是吃一些碰巧漂浮過來的東西，當然，還會製造一些小細菌，偶爾惹點麻煩。共棲是生物學上的一個專業術語：它們從奢華的住所中獲益，但人們認為它們沒有對我們有太大的幫助（或傷害）。

但在過去十年左右的時間裡，科學家們發現，這些微生物——現在統稱為微生物群——對我們的

健康甚至幸福施加了令人驚訝的、有些人甚至可能會說是可怕的控制。這些微生物最廣為人知的好處之一是陰道分娩期間塗抹在嬰兒身上的微生物的抗病和免疫舒緩作用。這個過程中的某些東西似乎對於建立孩子自己的微生物群落、免疫系統以及預防未來的疾病非常重要。

最終，植物學家也意識到

內生菌——那些古老的神秘真菌以及後來被發現生活在植物內部的細菌和病毒——是植物的微生物群。菌根真菌——部分寄居在根部的真菌，我曾經談論過多次——是內生真菌的一個特殊子集，它們獲得的關注比植物其他地方的同類要多得多。但葉子和根系都包含各種各樣的常駐真菌，它們幾乎可以從環境中的任何地方獲得。儘管如此，除了植物學和植物病理學領域之外，幾乎沒有人知道這一點。

然而，它們對植物的重要性正如我們的微生物群對我們一樣。許多葉子內生菌遠非只是在那裡閒逛，它們可以保護寄主免受疾病、乾旱的侵害，或只是普遍地提高它們的活力。它們可以分泌抑制病原體的抗菌物質，可以與病原體競爭資源，或可能幫助植物增強自身的防禦能力。另一些似乎只是在等待植物生病，以便攻擊，或者在等待植物死亡，以便吞噬其屍體。在某些情況下，為健康植物帶來好處的同一種生物也可能會利用其疾病或死亡。生活就是如此複雜。

許多這些影響都是在實驗室中發現的。內生菌具有一個使其成為誘人的科學目標的特徵：許多內生菌很容易在實驗室培養皿中生長（大多數真菌和細菌拒絕在實驗室培養皿中生長，這是微生物學中一個令人煩惱且長期存在的問題）。也許它們不挑剔、隨遇而安的生活方式有助於解釋這一點。在自然界中，植物透過落在葉子上的風傳播的孢子來獲得內生菌，這些孢子孵化並滲透到植物組織中。這是一種容易進入的方式。這導致了另一個適合研究的特性：內生菌很容易在實驗室中進行操作。由於它們是透過空氣傳播的，您可以在無菌實驗室的無菌土壤中培育無內生菌的植物，並控制它們後來遇到的真菌。

但在實驗室之外呢？內生真菌是否在現實世界中保護植物？植物父母能否像嬰兒透過產道從母親那裡獲得微生物群啟動包一樣，將它們的微生物菌群賦予後代？一個美國和巴拿馬科學家團隊決定解決這些問題，並在7月在《皇家學會學報 B》上發表了他們的研究結果，他們選擇了一種令人驚訝的生物來測試這些問題：可可，一種熱帶樹木，是可可、巧克力和無數人類幸福的來源。

它的拉丁名稱簡潔地概括了：Theobromacacao——神的巧克力食物。

像所有植物一樣，可可樹會吸引像疫黴菌這樣的病原體。P. palmivora 是一種

卵菌，一種看起來和行為像真菌的生物，但與它們的親緣關係很遠，就像鯨魚與魚類的關係一樣。最著名的卵菌是致病疫黴，它是愛爾蘭馬鈴薯饑荒的罪魁禍首。P. palmivora 會導致黑莢病，這是可可最昂貴和最普遍的疾病。

科學家們已經確定，當可可幼苗暴露在更多落葉中時，它們會獲得更多的內生菌——這些落葉是堆積在森林地面的死植物部分。來自可可樹的落葉會如何影響可可幼苗中內生菌的數量，並且與暴露於來自各種其他樹木的落葉或根本沒有落葉的幼苗相比，它們是否會更好地免受黑莢病等病原體的侵害？

研究小組發現，雖然暴露於來自健康野生可可樹的落葉（可悲的是，他們在巴拿馬地區只能找到一棵這樣的樹）會導致幼樹的內生真菌比沒有落葉的幼樹少且多樣性較低。暴露於可可落葉的樹木也更有可能寄生可可友好的真菌熱帶炭疽菌。研究表明，當人工引入可可樹時，熱帶炭疽菌可以增強黑莢病抗性，因為它會增強可可的防禦反應。事實上，與任何其他實驗處理相比，暴露於可可落葉的植物往往受人工感染黑莢病的損害較小。

儘管任何落葉暴露都有幫助，但用可可落葉處理的植物總體上受到的損害最小，並且比用其他物種的混合落葉處理的植物受到的損害減少了約 50%。沒有給予落葉的幼苗可能會寄生更多樣化的內生菌，因為它們更容易被那些沒有專門生活在可可內並像熱帶炭疽菌一樣保護可可的、雜草叢生、容易傳播的內生真菌定植。

一個重要的含義是，可可種植者可以透過一種簡單的方式讓他們的幼苗有一個良好的開端：收集來自健康老樹的落葉，並將其散佈在幼苗周圍。如果幼苗被種植在遠離老樹的大片田地中，那麼這種做法可以提高幼苗的健康，而無需用熱帶炭疽菌單獨接種每棵樹。

這也意味著可可樹很像人類。剖腹產出生的嬰兒往往會從環境中獲得更多樣化、專業性較低、可能更像雜草的蟲子，而陰道出生的嬰兒則會獲得由乳桿菌主導的微生物群落，其規模要小得多。僅舉一個例子，這些差異會導致更容易感染一種叫做

耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（也稱為 MRSA）的有害醫院害蟲。

同樣，可可早期被熱帶炭疽菌定植似乎可以抑制其他內生菌和病原體的定植。在這兩種情況下，從父母那裡獲得更小、更專業的微生物群落似乎會在未來產生健康效益。儘管人類和植物之間存在進化上的鴻溝，但透過產道和可可葉的溫和雨水傳遞給下一代的禮物相似：微生物超級朋友。

參考

Christian, Natalie, Edward Allen Herre, Luis C. Mejia, 和 Keith Clay. "

暴露於健康成人的落葉微生物群可以保護幼苗免受病原體的損害"。在Proc. R. Soc. B, vol. 284, no. 1858, p. 20170641。英國皇家學會，2017年。