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
本文是关于文明、真菌和酒精的六篇系列文章中的第五篇(见第一篇,第二篇,第三篇和第四篇)。这六篇文章将在六天内发布。
它们像任何最初的生物一样,发现自己迷失了方向。由于缺乏手段,它们只能依靠周围的环境生存。它们吃生长出来的东西。它们没有种植任何东西。它们从未离开家园。经历了许多可怕的时刻,直到它们找到了动物。第一次应该是偶然的。一个年轻人抓住了一只动物,骑着它去了某个地方,就像童话故事中的人物可能乘船顺流而下,进入大海一样。
然而,随着时间的推移,它们学会了更多的技巧。它们在动物来觅食的地方等待。它们在动物睡觉的地方找到它们。很快,它们就一直骑着动物,紧紧地抓住它们黑暗的身体,在未知的领域里四处游荡。好运带它们找到了更多的食物。厄运杀死了它们。时间、出生和死亡让好运变得更加普遍。
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多年来,它们控制着新的野兽,直到今天,这些骏马外出收集食物并带回来。真菌生长并等待。它们已成为肥胖的国王,其成功可以通过它们的野兽数量来衡量。而且它们数量不少。这些主角,每一个都是真菌牧民,已经进化多次。它们很奇特,但在某些情况下,比你想象的要更接近家园。
1-食树者——我们可以从食树真菌开始。像任何采集者一样,食树真菌面临的问题不是食物的数量。问题在于找到食物,在正确的时刻到达那里。由于没有腿,这个问题变得更加严重。当然,真菌可以向食物生长,或者将其孢子抛向风中。但是,一个真菌只能生长得如此之快,而且风是善变的和刻薄的。如果你想知道的话,诀窍是找到一种动物,将你带到下一个死亡的东西那里。它需要快速,最好是去你想去的地方。作为一种真菌,你希望在那些该死的细菌开始分裂之前到达。细菌可以把一块好木头变成可怕的东西的速度比你想象的要快,至少从真菌的角度来看是这样。
拟层孔菌已经进化出让甲虫将它们从一块死木头带到另一块死木头的能力。许多不同的真菌骑着许多不同的甲虫。在你家外面,有一条名副其实的空中高速公路,上面布满了前往新大陆的真菌骑士。但拟层孔菌对甲虫的利用程度超过了其他真菌。反过来,甲虫也警惕它们的骑手,进化出了类似马鞍的袋子,用来携带真菌并在旅途中喂养它们。一旦甲虫到达目的地,它们就会将真菌放置在安全的地方(没有其他真菌和细菌与之竞争),然后开始繁殖,以便制造更多的甲虫,从而将要求苛刻的真菌带到更多的死树上。通过骑甲虫,拟层孔菌已经殖民了世界上大部分地区,在某些情况下,通过利用甲虫从一个大陆旅行到另一个大陆,而甲虫反过来又利用了我们。我们无意中在死木中移动这些甲虫,这样做扩大了它们真菌的领地1。
这些真菌,这些驯服甲虫者,利用了至少五种不同的甲虫谱系,每一种谱系都进化出了特殊的属性,以确保真菌的成功。
[图片 1。拟层孔菌的甲虫(Coptodryas pubifer)在真菌巢中照顾它们。图片由 Jiri Hulcr 拍摄。]
2-食叶者——食叶真菌面临的问题与那些吃死树的真菌不同。食叶真菌到处都有食物,但生长到足以殖民的长距离是非常昂贵的,尤其是在干燥的土地上。这需要跨越数英里的危险地面。如果把叶子收集起来,带到一个地方,生活就会轻松得多。真菌喜欢叶子堆。在新英格兰,真菌每年秋天都会得到繁忙的父母和孩子收集叶子的回报。但在其他地方,这些相同的真菌氏族已经驯服了白蚁。
[图片 2。驯服了白蚁的真菌。图片由 Piotr Naskrecki 拍摄。]
在非洲各地,真菌生活在白蚁为它们建造的巨大巢穴中。它们至少已经存在了两千万年。白蚁旅行数百米,有时甚至数公里,为真菌带来叶子,它们还将叶子咬成小块,易于消化的小块,以粪便颗粒的形式沉积在真菌上2。如果说照料甲虫的真菌就像放山羊的游牧民族,那么饲养白蚁的真菌更像是中西部地区的奶农,他们把奶牛送到牧场,然后在谷仓里给它们挤奶。白蚁不产奶,但它们确实产生预先消化的叶子,这对于真菌来说,如果不是在视觉上吸引人(真菌没有眼睛),也是很棒的。这些真菌已经变得非常成功,白蚁在非洲各地为它们建造了宫殿般的家园3。
[图片 3:食叶真菌和白蚁为它们建造的巢穴,照片来自... http://www.williamyuezhang.com/2011/11/termites.html].
3-食绿者——比骑甲虫者或食死叶者更成功的是食活叶者。这些真菌不是饲养白蚁,而是饲养蚂蚁。这些真菌在四千多万年前就开始利用蚂蚁。曾经,这些真菌依赖于蚂蚁收集的昆虫部分和其他死亡动物。有些仍然如此。但对于另一些真菌来说,它们的要求变得更高、更复杂。对于后者这些真菌来说,蚂蚁现在代表它们收集花朵和叶子的碎片。这是一项危险的工作,但对真菌来说,蚂蚁是可以牺牲的。叶子被小心地带回来,然后喂给真菌。蚂蚁还会产生化合物,帮助杀死真菌周围的其他致病真菌(甚至可能培养产生抗生素的细菌来帮助完成这项工作)。换句话说,真菌让蚂蚁进行除草4。这种真菌已经遍布美洲各地。在蚂蚁的背上,它非常成功。在某些情况下,这种真菌的巢穴可能包含数百万只蚂蚁,它们都在为真菌工作。许多不同种类的蚂蚁现在都被第一种被蚂蚁饲养的真菌的后代所饲养,每种蚂蚁都有自己的小型(或大型)农场。像许多驯养的野兽一样,蚂蚁已经完全依赖于它们的真菌,没有它们就无法生存。为了殖民新的栖息地,真菌会骑着蚂蚁去新的地方,放在它们微小的嘴里的专用口袋里。
[图片 4。叶真菌的巢穴,蚂蚁(Atta cephalotes)在其中照顾其需求。图片由Alex Wild拍摄。]
4-蛋真菌——在本系列的早期文章中,我已经描述了模仿白蚁卵的真菌。这些真菌已经说服白蚁照顾它们并将它们带到食物中。这些真菌没有提供什么回报,但由于它们的白蚁似乎从未真正搞清楚事情,因此取得了成功。这些真菌尚未完全接管它们的白蚁,但它们在某种程度上展示了动物可以多么简单地被欺骗。最后,这是真菌和动物故事的关键部分。为了驯养动物,真菌必须向它们提供回报,无论是真实的还是感知的(就真菌而言,如果它们只是被感知的,那就更好了)。回报使动物可以长时间工作,这是它们的真菌所要求的。
5-驯服人类的真菌——一个真菌氏族已经进化出控制人类的能力。曾经,这些真菌相对罕见。它们漂浮在空中,落在它们可以落脚的地方,吃它们能吃的东西。但后来至少有一些真菌发现了人类的弱点,即酒精。人类会为了获得酒精而工作。这样,人类对真菌来说比甲虫、白蚁或蚂蚁更好。人类把真菌从一个地方带到另一个地方。他们举行仪式来庆祝他们的真菌。他们向真菌倾注祭品。他们还无休止地喂养它们,无论付出什么代价。白蚁收集死叶子。蚂蚁收集活叶子。但只有人类才会出去开垦田地,仅仅是为了生产食物来喂养它们的真菌(虽然许多动物都会耕种,但我们似乎是唯一耕种植物的物种),而真菌会用宝贵的食物(本质上是它们身体的一部分)奖励甲虫、白蚁和蚂蚁,而人类却什么都不要求。他们所要求的只是废物,一种酒精。人类所要求的甚至比被假装白蚁卵欺骗的白蚁还少。人类所要的只是真菌永远不需要的东西。这些人当然是你和我,而这种真菌是我们的酵母菌6。
我们倾向于从动物的角度来看待动物和真菌的进化故事。我们是动物。我们与动物有关联。但与真菌相比,动物更多地受到农业起源的限制。正如 Uhlrich Mueller 及其同事在最近对昆虫农业的综述中所说,
“有趣的是,在九个农业昆虫谱系中,没有已知的从农业生活逆转到非农业生活的案例……,这表明向[饲养真菌]的转变是一个剧烈的,可能是不可逆转的变化,它极大地限制了随后的进化。”
人们可能会将这种说法延伸到人类身上。似乎没有哪个主要社会放弃了酵母的养殖。但在许多情况下,真菌却放弃了它们的动物。它们利用与其互动的动物物种,但并非总是需要这些物种。这是否表明动物被养殖的程度比真菌更高?也许吧。也许不是。在动物和真菌的故事中,永远都不清楚谁是赢家,或者谁在“养殖”谁。这就是物种之间进化“伙伴关系”的本质。除了极少数例外,没有真正的伙伴关系,只有物种利益或多或少一致的关系。当两个物种都受益时,这是一种互利共生。当一方受益而另一方不承担任何成本时,这是一种共栖。当一方受益而另一方受损时,这是寄生。如果人类和酵母都从啤酒、葡萄酒等的生产中获益,那么它们都将继续下去,酵母“养殖”人类,而从人类的角度来看,人类养殖酵母。但对人类来说,欺骗酵母是最有利的,就像长期以来真菌欺骗人类最有利一样。
在本系列的的第一篇文章中,我曾考虑过人类农业的开始是因为我们需要作物来酿造啤酒,也就是说,为了喂养我们的酵母。也许为了喂养我们的酵母而开始耕种是合理的,因为酿造啤酒帮助我们生存。但不要以为酵母一直没有试图欺骗我们。当然,它不是有意识地这样做。酵母没有大脑,但酵母进化得很快,也许和人类文化的变化一样快,因此,如果当初我们开始耕种,部分是为了酿造啤酒,那么非排他的可能性是,我们这样做是因为酵母欺骗了我们,利用了我们大脑对酒精的弱点。白蚁无法区分一团真菌和它们自己的孩子。我们无法分辨什么对我们有益,只能分辨什么感觉对我们有益。例如,喝啤酒对真菌、酵母有益,但在社会利益消失很久之后仍然如此。目前,酵母似乎从社会中获得的利益比我们从它那里获得的更多,因此在本系列的最后一章中,我将从更成功的物种——酵母的角度来考虑人类的故事。
继续阅读(明日)
进化目录:在这里,您可以跳到或跳回我们日常生活中其他物种故事的其他章节,无论它们是奶牛、鸡、仓鼠、细菌(在 Lady Gaga 身上、在脚上、在浴室里、受抗菌湿巾影响、作为益生菌、在阑尾中)、鸽子和城市花园、家麻雀(下周发布,敬请期待)、捕食者、疾病、尘螨、地下室居住者、虱子、田鼠、病毒、酵母、产生青霉素的真菌、臭虫、家蝇,或者其他更多。
或者,为了了解罗布如何看待这些故事如何汇集在一起,形成我们现在的样子,请查看我们身体的野生生活。罗布·邓恩是北卡罗来纳州立大学生物系的一名作家和进化生物学家。您可以在推特上找到他:robrdunn。您可以在欧洲的某个地方与他的家人一起找到他,因为他们都在休假。
科学尾注
1-查看关于这些甲虫的精彩故事和幻灯片,其中包含Jiri Hulcr的更多照片。
2-人们很容易将此视为对真菌的一种抗议,但事实并非如此。粪便富含真菌所需的营养物质。
3-超过300种巨白蚁亚科的白蚁是由链孢霉属的真菌养殖的。此外,在这里我想花点时间道歉。与我之前所说的相反,白蚁生物学家是可爱、有趣的人。我发誓。我真的是这个意思。我希望我没有过度辩解。
4-这是不完整的。蚂蚁会清除真菌的病原体,但不会清除不同的真菌品种,因此在给定的巢中,两种或多种真菌(或至少是“品种”)可能会为了蚂蚁的权利而争斗。
5-酵母,虽然我们不倾向于这样认为,但它们是单细胞真菌。它们是啤酒和葡萄酒中的腐败物,也是面包和许多其他食物中的腐败物。
6-有趣的是,真菌和昆虫的农业与我们的作物和我们之间的农业的一个区别是,我们不倾向于将我们的作物隔离在远离竞争的城市中。对于我们的小麦等作物来说,情况确实如此,但有趣的是,对于我们的真菌来说,情况并非如此。我们确实隔离了酵母。除了少量用途(如一些自制面包)外,酵母几乎总是保存在室内,甚至在室内环境中,也会尝试排除其他物种。我们甚至比我们有时看起来更像蚂蚁、甲虫和白蚁。