巧克力树用抗病树叶滋养幼苗

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点

1809年，一位名叫

海因里希·弗里德里希·林克的德国植物学家报告说，健康的植物似乎有真菌在其中生长。它们在那里做什么？为什么植物没有把它们赶出去？在19世纪，大多数科学家认为健康的植物内部是无菌的。一些人认为，在那里发现的任何真菌至少是部分寄生的。

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当植物学家为这个谜题绞尽脑汁时，动物学家也得出了类似但可能不那么令人惊讶的发现。许多虫子——主要是细菌，还有古菌和真菌——生活在动物的消化道和生殖道内。长期以来，人们也认为它们只是在那里闲逛，没有做太多事情，只是吃一些碰巧漂浮过来的东西，当然，还会制造一些小细菌，偶尔惹点麻烦。共栖是生物学上的一个专业术语：它们从奢华的住所中获益，但人们认为它们没有对我们有太大的帮助（或伤害）。

但在过去十年左右的时间里，科学家们发现，这些微生物——现在统称为微生物群——对我们的

健康甚至幸福施加了令人惊讶的、有些人甚至可能会说是可怕的控制。这些微生物最广为人知的好处之一是阴道分娩期间涂抹在婴儿身上的微生物的抗病和免疫舒缓作用。这个过程中的某些东西似乎对于建立孩子自己的微生物群落、免疫系统以及预防未来的疾病非常重要。

最终，植物学家也意识到

内生菌——那些古老的神秘真菌以及后来被发现生活在植物内部的细菌和病毒——是植物的微生物群。菌根真菌——部分寄居在根部的真菌，我曾经谈论过多次——是内生真菌的一个特殊子集，它们获得的关注比植物其他地方的同类要多得多。但叶子和根系都包含各种各样的常驻真菌，它们几乎可以从环境中的任何地方获得。尽管如此，除了植物学和植物病理学领域之外，几乎没有人知道这一点。

然而，它们对植物的重要性正如我们的微生物群对我们一样。许多叶子内生菌远非只是在那里闲逛，它们可以保护寄主免受疾病、干旱的侵害，或只是普遍地提高它们的活力。它们可以分泌抑制病原体的抗菌物质，可以与病原体竞争资源，或可能帮助植物增强自身的防御能力。另一些似乎只是在等待植物生病，以便攻击，或者在等待植物死亡，以便吞噬其尸体。在某些情况下，为健康植物带来好处的同一种生物也可能会利用其疾病或死亡。生活就是如此复杂。

许多这些影响都是在实验室中发现的。内生菌具有一个使其成为诱人的科学目标的特征：许多内生菌很容易在实验室培养皿中生长（大多数真菌和细菌拒绝在实验室培养皿中生长，这是微生物学中一个令人烦恼且长期存在的问题）。也许它们不挑剔、随遇而安的生活方式有助于解释这一点。在自然界中，植物通过落在叶子上的风传播的孢子来获得内生菌，这些孢子孵化并渗透到植物组织中。这是一种容易进入的方式。这导致了另一个适合研究的特性：内生菌很容易在实验室中进行操作。由于它们是通过空气传播的，您可以在无菌实验室的无菌土壤中培育无内生菌的植物，并控制它们后来遇到的真菌。

但在实验室之外呢？内生真菌是否在现实世界中保护植物？植物父母能否像婴儿通过产道从母亲那里获得微生物群启动包一样，将它们的微生物菌群赋予后代？一个美国和巴拿马科学家团队决定解决这些问题，并在7月在《皇家学会学报 B》上发表了他们的研究结果，他们选择了一种令人惊讶的生物来测试这些问题：可可，一种热带树木，是可可、巧克力和无数人类幸福的来源。

它的拉丁名称简洁地概括了：Theobromacacao——神的巧克力食物。

像所有植物一样，可可树会吸引像疫霉菌这样的病原体。P. palmivora 是一种

卵菌，一种看起来和行为像真菌的生物，但与它们的亲缘关系很远，就像鲸鱼与鱼类的关系一样。最著名的卵菌是致病疫霉，它是爱尔兰马铃薯饥荒的罪魁祸首。P. palmivora 会导致黑荚病，这是可可最昂贵和最普遍的疾病。

科学家们已经确定，当可可幼苗暴露在更多落叶中时，它们会获得更多的内生菌——这些落叶是堆积在森林地面的死植物部分。来自可可树的落叶会如何影响可可幼苗中内生菌的数量，并且与暴露于来自各种其他树木的落叶或根本没有落叶的幼苗相比，它们是否会更好地免受黑荚病等病原体的侵害？

研究小组发现，虽然暴露于来自健康野生可可树的落叶（可悲的是，他们在巴拿马地区只能找到一棵这样的树）会导致幼树的内生真菌比没有落叶的幼树少且多样性较低。暴露于可可落叶的树木也更有可能寄生可可友好的真菌热带炭疽菌。研究表明，当人工引入可可树时，热带炭疽菌可以增强黑荚病抗性，因为它会增强可可的防御反应。事实上，与任何其他实验处理相比，暴露于可可落叶的植物往往受人工感染黑荚病的损害较小。

尽管任何落叶暴露都有帮助，但用可可落叶处理的植物总体上受到的损害最小，并且比用其他物种的混合落叶处理的植物受到的损害减少了约 50%。没有给予落叶的幼苗可能会寄生更多样化的内生菌，因为它们更容易被那些没有专门生活在可可内并像热带炭疽菌一样保护可可的、杂草丛生、容易传播的内生真菌定植。

一个重要的含义是，可可种植者可以通过一种简单的方式让他们的幼苗有一个良好的开端：收集来自健康老树的落叶，并将其散布在幼苗周围。如果幼苗被种植在远离老树的大片田地中，那么这种做法可以提高幼苗的健康，而无需用热带炭疽菌单独接种每棵树。

这也意味着可可树很像人类。剖腹产出生的婴儿往往会从环境中获得更多样化、专业性较低、可能更像杂草的虫子，而阴道出生的婴儿则会获得由乳杆菌主导的微生物群落，其规模要小得多。仅举一个例子，这些差异会导致更容易感染一种叫做

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（也称为 MRSA）的有害医院害虫。

同样，可可早期被热带炭疽菌定植似乎可以抑制其他内生菌和病原体的定植。在这两种情况下，从父母那里获得更小、更专业的微生物群落似乎会在未来产生健康效益。尽管人类和植物之间存在进化上的鸿沟，但通过产道和可可叶的温和雨水传递给下一代的礼物相似：微生物超级朋友。

参考

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

暴露于健康成人的落叶微生物群可以保护幼苗免受病原体的损害"。在Proc. R. Soc. B, vol. 284, no. 1858, p. 20170641。英国皇家学会，2017年。