入侵瓢蟲使用生物武器殺死競爭對手

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當歐洲人發現“新大陸”時,他們臭名昭著地帶來了當地從未遇到過的疾病。天花、斑疹傷寒和霍亂等傳染性病原體被大量傳播給當地居民——通常是故意的——並導致當地人口數量大幅減少。這是一個常見的主題:一個物種殖民另一個物種佔據的生態系統,無論是意外還是有意,都會傳播侵入性病原體,這些病原體會迅速壓倒本地物種未經訓練的免疫系統。無論是人類還是瓢蟲,侵入性病原體一直是帶來種族滅絕的可靠武器。

說到瓢蟲,在一種名為 Harmonia axyridis 的彩色物種中也觀察到了類似的情況。每個人都喜歡甲蟲——我年輕時經常捕捉它們並觀察它們的生命週期——但似乎它們不一定喜歡所有人。在二十世紀初,一種名為 Harmonia 的瓢蟲從俄羅斯和中歐被引入歐洲和美國的部分地區作為害蟲防治劑。農民們喜歡它消滅以珍貴作物為食的蚜蟲和其他介殼蟲的能力。Harmonia 被認為在 1920 年代消失了,但在 80 年代後期在路易斯安那州重新出現,並被鼓勵向其他地方傳播。毫不奇怪,從那時起,事與願違定律開始發揮作用,並確保了附帶損害。雖然瓢蟲正在處理侵入性蚜蟲,但它們本身也變成了侵入性的,殺死了其他幾種瓢蟲和昆蟲,尤其是名為 Cocinella 的優勢物種,Cocinella 是生態系統的重要組成部分。

為了找出是什麼殺死了本地物種,吉森大學的研究人員採集了從蟲子腿部分泌的透明液體——血淋巴的樣本。化學分離和分析表明,存在一種名為 harmonine 的分子。Harmonine 是一種簡單的化合物;化學家會將其識別為二胺。謎題似乎已經解開了;harmonine 不僅被認為可以殺死 Cocinella,而且最有趣的是,它被證明對結核桿菌和瘧原蟲也是致命的。在歷史上令人欣慰地重複出現的一個主題中,來自昆蟲武器庫的化學武器為對抗人類疾病提供了一個有希望的線索。


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只有一個小問題。雖然血淋巴本身確實殺死了 Cocinella 瓢蟲,但在實驗室中製備的純合成 harmonine 對它們沒有任何作用。這意味著很明顯;血淋巴中一定還有 harmonine 以外的其他物質在摧毀 Harmonia 的競爭對手。在最近發表在《科學》雜誌上的報告中,同一個研究小組找到了罪魁禍首。一種專性真菌——技術上稱為微孢子蟲——在整個血淋巴中增殖。真菌孢子可能對 Harmonia 沒有危害,因為隨著時間的推移,Harmonia 已經獲得了對它們的抵抗力。事實上,Harmonia 似乎與真菌相處得很好,以至於研究人員在甲蟲的卵和幼蟲中都發現了它。

然而,這種真菌對 Cocinella 來說是災難性的。當 Harmonia 的卵和幼蟲飢餓地吞食 Cocinella 的競爭對手時,它們會殺死後者。將真菌孢子注射到競爭對手甲蟲體內會導致其在兩週內死亡。這一次,作者們小心地排除了其他因素;注射去除了微孢子蟲的血淋巴沒有引起不良反應,證實了真菌的因果作用。此外,研究人員發現垂死的 Cocinella 甲蟲身上佈滿了真菌孢子(可憐的傢伙)。

該研究表明,隨著時間的推移,Harmonia 已經開始像使用精雕細琢的生物武器一樣使用致病真菌。研究人員在本研究中沒有探討的一個有趣的方面是,甲蟲和真菌的共同進化是始於它被廣泛引入作為害蟲防治劑時,還是兩者從 Harmonia 的進化史早期就一直是朋友。但是,無論這兩個共生體之間的歷史如何,很明顯,早在我們想到將炭疽孢子放入信封之前,大自然就已經在使用生物武器了。

參考資料:《入侵性花大姐瓢蟲攜帶生物武器對抗本地競爭對手》,Vilcinskas 等人,《科學》,2013340,862。

Ashutosh Jogalekar is a chemist interested in the history, philosophy and sociology of science. He is fascinated by the logic of scientific discovery and by the interaction of science with public sentiments and policy. He blogs at The Curious Wavefunction and can be reached at curiouswavefunction@gmail.com.

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