奇妙事物:神奇的浆果干木乃伊菌的拟态

作者注:这是“奇妙事物”系列的最新文章。您可以在此处阅读更多关于该系列的信息。 在我们的星球上有一种真菌,它能够进行不止一次,而是两次大胆而欺骗性的行为:它在不同的场合伪装成花朵和花粉粒,[...]

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


你能猜出哪个是浆果干木乃伊吗? Caleb Slemmons,威斯康星大学斯蒂文斯角分校,Bugwood.org

作者注:这是奇妙事物系列的最新文章。 您可以点击此处阅读更多关于该系列的信息

在我们的星球上有一种真菌,它能够进行不止一次,而是两次大胆而欺骗性的行为:它在不同的场合伪装成花朵和花粉粒,并且它的表演非常成功,以至于它成功地欺骗了熊蜂和蓝莓灌木。


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那种真菌有一个拗口的名字Monilinia vaccinii-corymbosi,但它引起的疾病的通用名称是浆果干木乃伊病(听起来应该有自己的早餐麦片)。 这是因为它还有第三个行为:将蓝莓变成定时炸弹。

植物病原真菌无处不在,我可以从我在研究生院学习它们的两年经历中证明这一点。 它们是迷人的专家,进化到能够巧妙地进入植物体内,并以娴熟的技巧偷偷绕过或利用植物防御系统。

有些,例如名字响亮的锈菌黑粉菌腥黑穗病菌,非常专业化,以至于它们在两种通常完全不相关的寄主植物物种之间穿梭,并且可以产生多达五种类型的孢子。 但是M. vacciniii-corymbosi(以下简称M. v-c.)凭借其成功地模仿整个植物器官,将这种巧妙而致命的舞蹈提升到了新的复杂和狡猾的水平。

故事始于真菌的休眠阶段,称为菌核。 许多真菌都会产生这些,并且很可能如果您挖出一片随机的森林土壤并进行筛分,您会发现一些不知名和默默无闻的真菌或其他真菌的坚硬、多节、黑色、黄色或白色的菌核。 M. v-c. 也产生菌核,在春天,当年轻真菌的思想转向爱情(或至少是繁殖)时,菌核会复苏并产生一个杯状结构,称为子囊盘,从中释放出它的有性孢子(性行为已经发生;这些是其产物)。

从埋藏的浆果干木乃伊中长出的Monilinia vaccinii-corymbosi的子囊盘。 Caleb Slemmons,威斯康星大学斯蒂文斯角分校,Bugwood.org

如果这些风媒孢子足够幸运,它们会落在蓝莓或越橘灌木的偶然的带芽分支上,最好是直接落在嫩嫩的、美味的幼芽上。 这些叶子,受到内部生长的真菌的侵袭,开始枯萎并长出一层毛茸茸的真菌外衣,就像您多次在水果、面包或奶酪上观察到的那样。

Monilinia vaccinii-corymbosi引起的叶片损害。 注意附近白色的、瓮状的蓝莓花。 Edward Beasley,佐治亚大学,Bugwood.org

但随后它们做了一些奇怪的事情。 灰棕色、深棕色或深褐色的叶片病斑通常看起来带有奇怪的紫色色调。 叶片开始散发出“发酵茶”的气味(我只能假设有点类似于普洱茶,为了你们这些茶爱好者)。 它也被描述为“甜味”。

而且,奇怪的是,授粉昆虫开始落在这些枯萎的叶子上——并舔舐它们。 这可能是因为叶片现在已经开始渗出蔗糖、葡萄糖和果糖。

一只野生蜜蜂舔舐Monilinia vaccinii-corymbosi的蓝莓叶片病斑。 图 1 B 和 C 来自 Batra 和 Batra 1985。点击图片查看来源。

在紫外线下拍摄的Monilinia vaccinii-corymbosi的蓝莓叶片病斑。 与周围的叶状物相比,它们反射光线并呈现白色(箭头)。 图 1F 来自 Batra 和 Batra 1985。点击图片查看来源。

如果您将这些奇怪的叶子放在紫外线下拍摄,您会看到它们在病斑上反射紫外线,但在叶子的其他地方则不会。 许多花朵都染成了紫外线颜色,以利于蜜蜂,因为蜜蜂可以看到紫外线但看不到红色。

实际上,真菌已将自身及其寄主变成了假蓝莓花,配有假紫外线反射着陆引导,假香水和假花蜜。 蓝莓萼片——围绕蓝莓白色瓮状花朵的小绿色叶状物体——确实是紫外线反射的,并且花朵分泌花蜜,它们的花瓣散发出吸引蜜蜂和其他传粉媒介的气味。

尽管真正的蓝莓花是白色、黄色或粉红色的,并且在我们看来与M. v-c.的病斑几乎没有相似之处,但传粉媒介的行为就像它们落在任何其他花朵上一样。 当传粉昆虫接近这些叶子时,它们会使用许多相同的飞行、着陆和觅食行为,就像它们对一朵含苞待放的幼花一样。 但是接下来发生的事情不是一次快乐的授粉。 相反,毫无戒心的昆虫沐浴在M. v-c.的灰色孢子中,当它下次落在真正的蓝莓花上时,这些孢子会粘附在柱头上并进行它们的下一个诡计。

一旦安全地被安置在柱头上——雌花部分的粘性接收端——真菌孢子就会萌发,现在假装是蓝莓花粉粒。 它会利用那里分泌的食物,这些食物是为了萌发的花粉粒而分泌的。 然后,它开始向下生长到五裂室中,花粉管应该穿过该室。

它抑制自己不要像任何常见的真菌那样在柱头的组织中横冲直撞——事实上,正如M. v-c.的近亲Monilinia fructicola在对照实验中所做的那样,以及M. v-c.在攻击叶子或在实验室食物上生长时会做的那样。 相反,它沿着空心的、1厘米长的花柱管的表面向下发送细长的、极少分枝的丝状物,朝向花朵的子房,这些丝状物成束状,类似于花粉管的捆绑。

在下面的 A 和 B 中,您可以看到蓝莓花粉管束从发芽的花粉粒中发射出来后,沿着腔室向下移动。 在 C 中,您可以看到M. v-c.的真菌丝状物以类似的单轨束非常明确地移动。 在 D 中,您可以看到Monilinia fructicola在相同的组织中变得混乱,以典型的真菌方式向各个方向分枝。

图 4 A-D 来自 Ngugi 和 Scherm 2004。点击图片查看来源。

此外,M. v-c.的丝状物通过小心地粘附到腔室的表面来移动,就像花粉粒一样。 在下面的 A 中,您可以看到柱头横截面中心的五裂室。 在 B 中,红色箭头指向粘附在腔室边缘的深色花粉管。 在 C 中,红色箭头指向的不是花粉,而是以相同方式生长的M. v-c.的深色丝状物。 在 D 中,您可以看到对照组Monolinia fructicola在红色圆圈内疯狂生长,包括在腔室正中央的空间中,并且没有特别注意粘附在壁上。

图 5 A-D 来自 Ngugi 和 Scherm 2004。点击图片查看来源。

M. v-c.也仅通过其尖端粘附到腔室表面,就像花粉管一样,并且似乎使用了相似的化学线索和结合。 它小心地避免任何对腔室壁中任何细胞的欠考虑的渗透。 通过在物理和化学上都悄悄地模仿花粉,真菌因此避免了触发破坏性的寄主防御,这将阻止它到达其渴望的果实。

一旦它到达了那个目标,在花朵的卵子或胚胎中,植物自身就感染了一种新的性传播疾病,真菌开始疯狂生长。 受感染的子房——可能也被花粉粒受精了——成熟为蓝莓,但蓝莓受到了枯萎病的侵袭。 它会枯萎、木乃伊化并掉到地上。 在内部,随着寒冷的冬天来临,真菌会形成其菌核。 这些真菌定时炸弹在那里滴答作响,直到明年春天,那时它们将发射下一轮以蓝莓为目标的齐射。

这两种拟态行为都非常非凡。 真菌通过相当于植物生殖道的途径感染植物的情况很少见——只有前面提到的黑粉菌和另一组称为麦角菌的真菌也通过花朵的雌性器官感染它们的寄主。 在 1985 年对基于叶片的假花进行研究时,没有发现其他已知的基于真菌叶片的植物花朵拟态的例子。 在一种真菌中发现这两种行为简直是惊人的。

参考文献

Ngugi H.K. & Scherm H. (2004)。 Monilinia vaccinii-corymbosi 分生孢子感染蓝莓花期间的花粉拟态,生理与分子植物病理学,64 (3) 113-123。 DOI: 10.1016/j.pmpp.2004.08.004

BATRA L.R. & BATRA S.W.T. (1985)。 浆果干木乃伊菌诱导的花朵拟态利用寄主的传粉媒介作为载体,《科学》,228 (4702) 1011-1013。 DOI: 10.1126/science.228.4702.1011

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