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
对于两栖动物来说，现在不是最好的时代。在世界各地，青蛙、蝾螈和newt的数量都在下降。至少有489种（占所有已知两栖动物的7.8%）正濒临灭绝。其中一百多种濒危物种近年来未曾出现，可能已经灭绝。
这场灭绝浪潮该归咎于谁？虽然气候变化、污染和栖息地破坏无疑在这场两栖动物的悲剧中扮演了辅助角色，但生物学家现在一致认为，真菌是主要的罪魁祸首。问题中的真菌是壶菌，名为Batrachochytrium dendrobatidis，简称Bd，并引起一种称为壶菌病的疾病。
Bd对两栖动物皮肤所做的事情并不美好。真菌在皮肤细胞内生长。当它产生足够的孢子时，孢子会从细胞中 burst out 并重新进入未感染的皮肤细胞。这种生长和感染的循环会导致病变和皮肤顶层的过早脱落。 Lee Berger 于 1998 年首次在患病和垂死的青蛙中鉴定出 Bd，他写道，“这些特殊的适应性表明，B. dendrobatidis 长期进化为生活在皮肤中。”
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这似乎很奇怪。Bd 只是在二十世纪后半叶的某个时候才成为问题。对博物馆皮肤的分析表明，在 1970 年代之前，大多数受影响地区都没有 Bd。从那时起，它在全球范围内以惊人的速度传播，无论走到哪里，都会杀死青蛙、蝾螈和newt。但是，如果 Bd 真的存在了很长时间，并且如此强烈地杀死宿主，那么它不应该早就自行燃尽了吗？
生物学家对 20 世纪 Bd 的突然出现和传播提出了两种一般解释。一些人认为，环境变化使两栖动物更容易感染 Bd。另一些人则提出，Bd 是一种新型疾病，两栖动物对其没有抵抗力。这两种假设远非相互排斥，并且两者之间存在许多变体。
在皮肤中感到舒适
当 Bd 基因组于 2006 年被测序时，生物学家希望它能揭示 Bd 如何成为青蛙杀手。但是，如果没有类似的基因组来与 Bd 基因组进行比较，就很难得出关于是什么使 Bd 特殊的结论。壶菌是 Bd 所属的真菌分支，结果证明特别缺乏研究。
传统的壶菌相当无害。它们是微小的真菌，通常生活在水或潮湿的土壤中，在那里它们分解树叶和其他有机物质。 Bd 最接近的已知亲属是 Homolaphlyctis polyrhiza（或 Hp）。这种真菌是由 Joyce Longcore 从缅因州的落叶层中分离出来的。爱达荷大学的进化生物学家 Erica Bree Rosenblum 和她的同事现在已经对这种食叶者的 DNA 进行了测序，以了解它与 Bd 的不同之处。
Rosenblum 发现了几种在 Bd 基因组中丰富，但在 Hp 基因组中不丰富的基因类型。蛋白酶就是其中之一。蛋白酶就像分子剪刀。这些酶识别、切割和裂解其他蛋白质。 Rosenblum 发现，三个不同的蛋白酶家族在 Bd 谱系中得到了扩展。它们的成员数量是 Hp 基因组中相同家族的四到十倍。
已知感染人类皮肤或指甲的真菌也携带类似的大型且多样的蛋白质切割器集合。它们通过分解宿主的蛋白质和细胞来帮助真菌侵入组织并获取营养。 Bd 基因组中大量的蛋白酶也可能在两栖动物皮肤的定殖中发挥作用。
Bd 基因组中另一组异常基因是卷曲蛋白家族。卷曲蛋白从未在其他真菌中发现过。它们最初是在卵菌中发现的，卵菌是感染植物并引起晚疫病和橡树猝死病等疾病的单细胞生物。顾名思义，卷曲蛋白会导致它们感染的植物叶片卷曲。目前尚不清楚这些蛋白质对两栖动物皮肤有什么作用，以及它们是否对感染很重要，但它们在 Bd 基因组中的存在当然很耐人寻味。
另一个小组较早描述了这些 Bd 卷曲蛋白。他们提出，卷曲蛋白基因从卵菌跳跃到 Bd，这种基因转移可能导致了 Bd 流行病。研究卵菌并在 2003 年发现卷曲蛋白的 Sophien Kamoun 认为，这个结论为时过早。“Bd 基因组中有 62 个卷曲蛋白，它们仅在一般层面上与卵菌卷曲蛋白相似。如果卵菌真的是卷曲蛋白的来源，那么它们一定是很久以前转移过来的。”
Rosenblum 说，Bd 蛋白酶的起源同样古老。“Bd 蛋白酶家族最近在进化时间尺度上得到了扩展。这仍然意味着大多数扩展发生在数百万年前。它们肯定不是在过去 50 年里发生的。”因此，虽然卷曲蛋白和蛋白酶的存在可能解释了 Bd 如何进化为生活在皮肤中，但并不能解释它为何成为全球威胁。这些蛋白质装填了枪，但它们并没有扣动扳机。
征服世界
到目前为止，我对 Bd 描绘了一幅 grim picture，但事实是，并非每种 Bd 菌株都是全球杀手。在最近的PNAS 论文中，科学家描述了来自瑞士和南非的两种 Bd 谱系，它们在基因上与在全球范围内发生的、正在杀死全球两栖动物的谱系截然不同。它们也远没有那么致命。研究人员用南非菌株感染了蝌蚪，发现超过十分之七的蝌蚪存活下来。暴露于全球变异 Bd 的蝌蚪情况要糟糕得多。在最严重的情况下，只有不到 20% 的蝌蚪在感染后存活下来。
南非和瑞士等孤立的 Bd 菌袋可能已经存在了很长时间。遗传学家已经发现了一些线索，说明全球杀手真菌是如何从这些局部变异中出现的。为了了解他们的发现，我们首先要简要了解一下 Bd 的基本遗传学。 Bd 是一种二倍体真菌，这意味着它像人类一样，每条染色体都有两个副本。因此，二倍体生物可以携带任何给定基因变异的两个不同版本，这种情况被称为杂合性。当相同的基因变异同时存在于两条染色体上时，这称为纯合性。
有性生物的基因组是纯合和杂合变异的混合体。但 Bd 的基因组并非如此。它的基因组比正常情况下的杂合度更高。“对这种模式最简单的解释是，高毒力 Bd 谱系是两个未被发现的亲本的产物”，来自伦敦帝国学院的遗传学家，PNAS 论文的合著者 Matthew Fisher 说。换句话说，杀手级 Bd 谱系是一种杂交真菌。它从其亲本那里接收了两组不同的染色体，这解释了其基因组中高度的杂合性。“对于这个物种来说，性行为很少见。但当它发生时，可能会出现具有新特性的新菌株”，Fisher 说。“我们认为这就是高毒力 Bd 的起源，大约在 20 世纪的某个时候。”
Fisher 认为，两栖动物的国际贸易直接导致了 Bd 的出现。“从 1950 年代起，非洲爪蟾 (Xenopus laevis) 被运往世界各地，最初是作为一种妊娠试验，后来又作为实验动物。这种两栖动物的全球贸易增加了两种不同的 Bd 谱系相互接触的可能性。我很确定，如果没有两栖动物贸易，高毒力 Bd 就不会进化出来。我们可以清楚地看到这种贸易的持续影响，因为它正在更广泛地传播杀手级谱系。”
Fisher 的团队使用不同谱系之间的遗传关系，将 Bd 的出现日期追溯到 35 年至 257 年前，具体取决于他们分析的基因组片段。 Rosenblum 指出，这种分析取决于许多假设，每个假设都可能影响结果。“我怀疑我们的下一波分析将表明，这些遗传转变比那更古老”，她说。 Fisher 承认，很难确定确切的出现日期。“但由于它在 20 世纪经历了传播，我们认为重组事件很可能发生在近代。”
要对 Bd 在何处以及何时进化的问题给出更确定的答案，还需要对更多基因组进行测序，包括来自 Bd 的其他谱系以及来自其他壶菌的基因组。每个基因组都将提供拼图的另一块。这个世界的某些角落仍然没有 Bd 渗透，例如马达加斯加。我们越早了解这种两栖动物的祸害，就越能更好地阻止其蔓延。青蛙会感谢我们的。
图片
死亡的利莫萨丑角蟾蜍，作者：Brian Gratwicke。
培养皿，内有来自第二篇参考文献的片状皮肤。
北美牛蛙，作者：Carl Howe。
参考文献
Carey, C., Bruzgul, J., Livo, L., Walling, M., Kuehl, K., Dixon, B., Pessier, A., Alford, R., & Rogers, K. (2006). Experimental Exposures of Boreal Toads (Bufo boreas) to a Pathogenic Chytrid Fungus (Batrachochytrium dendrobatidis) EcoHealth, 3 (1), 5-21 DOI: 10.1007/s10393-005-0006-4
Joneson S, Stajich JE, Shiu SH, & Rosenblum EB (2011). Genomic transition to pathogenicity in chytrid fungi. PLoS pathogens, 7 (11) PMID: 22072962
Farrer RA, Weinert LA, Bielby J, Garner TW, Balloux F, Clare F, Bosch J, Cunningham AA, Weldon C, du Preez LH, Anderson L, Pond SL, Shahar-Golan R, Henk DA, & Fisher MC (2011). Multiple emergences of genetically diverse amphibian-infecting chytrids include a globalized hypervirulent recombinant lineage. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 108 (46), 18732-6 PMID: 22065772