奇妙事物:神奇的漿果乾木乃伊菌的擬態

作者注:這是“奇妙事物”系列的最新文章。您可以在此處閱讀更多關於該系列的資訊。 在我們的星球上有一種真菌,它能夠進行不止一次,而是兩次大膽而欺騙性的行為:它在不同的場合偽裝成花朵和花粉粒,[...]

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


你能猜出哪個是漿果乾木乃伊嗎? Caleb Slemmons,威斯康星大學斯蒂文斯角分校,Bugwood.org

作者注:這是奇妙事物系列的最新文章。 您可以點選此處閱讀更多關於該系列的資訊

在我們的星球上有一種真菌,它能夠進行不止一次,而是兩次大膽而欺騙性的行為:它在不同的場合偽裝成花朵和花粉粒,並且它的表演非常成功,以至於它成功地欺騙了熊蜂和藍莓灌木。


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那種真菌有一個拗口的名字Monilinia vaccinii-corymbosi,但它引起的疾病的通用名稱是漿果乾木乃伊病(聽起來應該有自己的早餐麥片)。 這是因為它還有第三個行為:將藍莓變成定時炸彈。

植物病原真菌無處不在,我可以從我在研究生院學習它們的兩年經歷中證明這一點。 它們是迷人的專家,進化到能夠巧妙地進入植物體內,並以嫻熟的技巧偷偷繞過或利用植物防禦系統。

有些,例如名字響亮的鏽菌黑粉菌腥黑穗病菌,非常專業化,以至於它們在兩種通常完全不相關的寄主植物物種之間穿梭,並且可以產生多達五種型別的孢子。 但是M. vacciniii-corymbosi(以下簡稱M. v-c.)憑藉其成功地模仿整個植物器官,將這種巧妙而致命的舞蹈提升到了新的複雜和狡猾的水平。

故事始於真菌的休眠階段,稱為菌核。 許多真菌都會產生這些,並且很可能如果您挖出一片隨機的森林土壤並進行篩分,您會發現一些不知名和默默無聞的真菌或其他真菌的堅硬、多節、黑色、黃色或白色的菌核。 M. v-c. 也產生菌核,在春天,當年輕真菌的思想轉向愛情(或至少是繁殖)時,菌核會復甦併產生一個杯狀結構,稱為子囊盤,從中釋放出它的有性孢子(性行為已經發生;這些是其產物)。

從埋藏的漿果乾木乃伊中長出的Monilinia vaccinii-corymbosi的子囊盤。 Caleb Slemmons,威斯康星大學斯蒂文斯角分校,Bugwood.org

如果這些風媒孢子足夠幸運,它們會落在藍莓或越橘灌木的偶然的帶芽分支上,最好是直接落在嫩嫩的、美味的幼芽上。 這些葉子,受到內部生長的真菌的侵襲,開始枯萎並長出一層毛茸茸的真菌外衣,就像您多次在水果、麵包或乳酪上觀察到的那樣。

Monilinia vaccinii-corymbosi引起的葉片損害。 注意附近白色的、甕狀的藍莓花。 Edward Beasley,佐治亞大學,Bugwood.org

但隨後它們做了一些奇怪的事情。 灰棕色、深棕色或深褐色的葉片病斑通常看起來帶有奇怪的紫色色調。 葉片開始散發出“發酵茶”的氣味(我只能假設有點類似於普洱茶,為了你們這些茶愛好者)。 它也被描述為“甜味”。

而且,奇怪的是,授粉昆蟲開始落在這些枯萎的葉子上——並舔舐它們。 這可能是因為葉片現在已經開始滲出蔗糖、葡萄糖和果糖。

一隻野生蜜蜂舔舐Monilinia vaccinii-corymbosi的藍莓葉片病斑。 圖 1 B 和 C 來自 Batra 和 Batra 1985。點選圖片檢視來源。

在紫外線下拍攝的Monilinia vaccinii-corymbosi的藍莓葉片病斑。 與周圍的葉狀物相比,它們反射光線並呈現白色(箭頭)。 圖 1F 來自 Batra 和 Batra 1985。點選圖片檢視來源。

如果您將這些奇怪的葉子放在紫外線下拍攝,您會看到它們在病斑上反射紫外線,但在葉子的其他地方則不會。 許多花朵都染成了紫外線顏色,以利於蜜蜂,因為蜜蜂可以看到紫外線但看不到紅色。

實際上,真菌已將自身及其寄主變成了假藍莓花,配有假紫外線反射著陸引導,假香水和假花蜜。 藍莓萼片——圍繞藍莓白色甕狀花朵的小綠色葉狀物體——確實是紫外線反射的,並且花朵分泌花蜜,它們的花瓣散發出吸引蜜蜂和其他傳粉媒介的氣味。

儘管真正的藍莓花是白色、黃色或粉紅色的,並且在我們看來與M. v-c.的病斑幾乎沒有相似之處,但傳粉媒介的行為就像它們落在任何其他花朵上一樣。 當傳粉昆蟲接近這些葉子時,它們會使用許多相同的飛行、著陸和覓食行為,就像它們對一朵含苞待放的幼花一樣。 但是接下來發生的事情不是一次快樂的授粉。 相反,毫無戒心的昆蟲沐浴在M. v-c.的灰色孢子中,當它下次落在真正的藍莓花上時,這些孢子會粘附在柱頭上並進行它們的下一個詭計。

一旦安全地被安置在柱頭上——雌花部分的粘性接收端——真菌孢子就會萌發,現在假裝是藍莓花粉粒。 它會利用那裡分泌的食物,這些食物是為了萌發的花粉粒而分泌的。 然後,它開始向下生長到五裂室中,花粉管應該穿過該室。

它抑制自己不要像任何常見的真菌那樣在柱頭的組織中橫衝直撞——事實上,正如M. v-c.的近親Monilinia fructicola在對照實驗中所做的那樣,以及M. v-c.在攻擊葉子或在實驗室食物上生長時會做的那樣。 相反,它沿著空心的、1釐米長的花柱管的表面向下傳送細長的、極少分枝的絲狀物,朝向花朵的子房,這些絲狀物成束狀,類似於花粉管的捆綁。

在下面的 A 和 B 中,您可以看到藍莓花粉管束從發芽的花粉粒中發射出來後,沿著腔室向下移動。 在 C 中,您可以看到M. v-c.的真菌絲狀物以類似的單軌束非常明確地移動。 在 D 中,您可以看到Monilinia fructicola在相同的組織中變得混亂,以典型的真菌方式向各個方向分枝。

圖 4 A-D 來自 Ngugi 和 Scherm 2004。點選圖片檢視來源。

此外,M. v-c.的絲狀物透過小心地粘附到腔室的表面來移動,就像花粉粒一樣。 在下面的 A 中,您可以看到柱頭橫截面中心的五裂室。 在 B 中,紅色箭頭指向粘附在腔室邊緣的深色花粉管。 在 C 中,紅色箭頭指向的不是花粉,而是以相同方式生長的M. v-c.的深色絲狀物。 在 D 中,您可以看到對照組Monolinia fructicola在紅色圓圈內瘋狂生長,包括在腔室正中央的空間中,並且沒有特別注意粘附在壁上。

圖 5 A-D 來自 Ngugi 和 Scherm 2004。點選圖片檢視來源。

M. v-c.也僅透過其尖端粘附到腔室表面,就像花粉管一樣,並且似乎使用了相似的化學線索和結合。 它小心地避免任何對腔室壁中任何細胞的欠考慮的滲透。 透過在物理和化學上都悄悄地模仿花粉,真菌因此避免了觸發破壞性的寄主防禦,這將阻止它到達其渴望的果實。

一旦它到達了那個目標,在花朵的卵子或胚胎中,植物自身就感染了一種新的性傳播疾病,真菌開始瘋狂生長。 受感染的子房——可能也被花粉粒受精了——成熟為藍莓,但藍莓受到了枯萎病的侵襲。 它會枯萎、木乃伊化並掉到地上。 在內部,隨著寒冷的冬天來臨,真菌會形成其菌核。 這些真菌定時炸彈在那裡滴答作響,直到明年春天,那時它們將發射下一輪以藍莓為目標的齊射。

這兩種擬態行為都非常非凡。 真菌透過相當於植物生殖道的途徑感染植物的情況很少見——只有前面提到的黑粉菌和另一組稱為麥角菌的真菌也透過花朵的雌性器官感染它們的寄主。 在 1985 年對基於葉片的假花進行研究時,沒有發現其他已知的基於真菌葉片的植物花朵擬態的例子。 在一種真菌中發現這兩種行為簡直是驚人的。

參考文獻

Ngugi H.K. & Scherm H. (2004)。 Monilinia vaccinii-corymbosi 分生孢子感染藍莓花期間的花粉擬態,生理與分子植物病理學,64 (3) 113-123。 DOI: 10.1016/j.pmpp.2004.08.004

BATRA L.R. & BATRA S.W.T. (1985)。 漿果乾木乃伊菌誘導的花朵擬態利用寄主的傳粉媒介作為載體,《科學》,228 (4702) 1011-1013。 DOI: 10.1126/science.228.4702.1011

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