獵食者 VS 獵物
自然界沒有一個物種是邊緣人,都是複雜生態系的一份子。其中,獵食者和獵物、宿主和病原菌均是生態系很常見的關係。以地球上數目最多的動物「線蟲」為例,若我們能了解它的天敵—線蟲捕捉菌和杏鮑菇等等真菌是如何捕抓線蟲,就有機會找出生物防治方法,對抗危害人類或農作物的寄生性線蟲。
蟲,有些人看到這個字就嚇得腳軟。但對於中研院分子生物研究所薛雁冰助研究員而言,顯微鏡下的蟲,尤其是小小的線蟲,是會扭來扭去的小可愛,「它們雖然很小、肉眼看不清楚,但在顯微鏡下,它們有很多秘密要跟我們說。」
肉食性真菌與線蟲的狩獵對決!
小小的線蟲和真菌,在顯微鏡下訴說的「秘密」,不是哪位明星談戀愛的八卦,而是獵物和獵食者彼此如何攻防,這是生物非常普遍的關係。因為沒有任何物種可單獨存在,為了存活下去,獵食者要抓準時機覺醒獵魂,而獵物要想辦法避開被捕食的處境。
這種史詩般的狩獵對決,激起薛雁冰的好奇心。然而,她可沒辦法將獵豹和羚羊抓回實驗室研究,但生活史短暫、可用遺傳學的方式研究的線蟲和真菌 (如線蟲捕捉菌和杏鮑菇),可以在分子層次做研究,回答薛雁冰好奇的問題:
肉食性真菌不斷獨立演化出來,在生物學上代表什麼意義?分子機制又是什麼呢?
線蟲 (門) 是地球上數量最多的動物,真菌處處遇到線蟲,而許多不同種類的真菌不約而同「獨立」演化出吃蟲的能力,值得深究。更令人驚奇的是,不同肉食性真菌捕捉線蟲獵物的機制截然不同。
這個現象不但有趣,未來也有機會發展生物防治,因為許多寄生性線蟲也可能被相同機制殺死。大自然中有很多動植物的寄生性線蟲,有些會造成農作物生病、產量減少,有些會危害人或動物的健康。但若想對抗這些寄生性線蟲,可先了解:它們的天敵是透過什麼樣的互動來抓住線蟲,然後「偷師」這些殺蟲絕招。
薛雁冰實驗室選擇的 C.elegans 線蟲,雖然不是寄生性線蟲,但是一種從 1970 年代迄今被廣泛研究的模式生物,在顯微鏡下扭來扭去,為科學家解開生命之謎。許多諾貝爾獎的重大發現,都要歸功於 C.elegans 線蟲的犧牲小我。
除了 C.elegans 線蟲,薛雁冰的實驗室也住著它的獵食者、大自然常見的真菌──線蟲捕捉菌 A.oligospora 和杏鮑菇(沒錯,就是我們吃的杏鮑菇),這兩者在某些「飢餓」條件下都會捕食線蟲。這些吃線蟲的真菌,不是天生的戰鬥民族,而是它們在缺氮的環境中餓到了,需要捕食線蟲以攝取養分。兩者殺害線蟲的手段不一樣,可以簡單想像成:線蟲捕捉菌擅長設「陷阱」,而杏鮑菇專攻「下毒」。
獵魂覺醒!線蟲捕捉菌這樣設陷阱
當環境中的氮養分不足,真菌 A.oligospora 一旦偵測到環境中存在線蟲,就會形成黏黏的菌絲陷阱,像蜘蛛網等待線蟲納命來。
請各位讀者看看命案現場,請放心沒有血腥畫面。下方影片中,一旦 C.elegans 線蟲被真菌 A.oligospora 的菌絲陷阱黏住後,就會漸漸氣絕身亡,然後被慢慢消化掉。
這命案過程中間、以及案發前後發生了什麼事?薛雁冰團隊透過遺傳學、基因體學、神經科學和分子生物實驗,像刑事鑑識中心般,剖析出線蟲捕捉菌 A.oligospora 的五個犯案步驟:
吸引獵物 → 發現獵物 → 設下陷阱 → 抓住獵物 → 飽餐一頓!
事情要從 C.elegans 線蟲的蟲生故事說起,它從蟲卵長為成蟲大約只需兩日,終其一生只有兩個使命:成長、交配。從這個角度來看真好命。
因為線蟲捕捉菌無法移動,需要想辦法「吸引」獵物上門。薛雁冰團隊發現,真菌 A.oligospora 看準線蟲隨時隨地都在尋找「交配對象」和「食物」,就分泌出和線蟲性賀爾蒙相似的化合物、以及像線蟲食物的化合物,藉此吸引獵物。
線蟲捕捉菌 A.oligospora 如何知道獵物來了呢?請試著回想,當你肚子餓了,如何發現附近有食物,可能是鼻子聞到「前面那個好香喔」。線蟲捕捉菌 A.oligospora 也類似如此,當它偵測到線蟲身上特殊的「誘惑」,就知道要趕快設下陷阱、捕捉獵物。
C.elegans 線蟲並沒有夢幻誘惑的體香,而是會分泌稱作 Ascarosides (暫無中文譯名) 的醣分子,這種醣分子的結構多達上百種。不同結構的 Ascarosides 醣分子,有些用於調控線蟲自身的發育,有些作為尋找交配對象的語言。
欲瀏覽完整精采文章,請至研之有物官網:
https://research.sinica.edu.tw/c-elegans-and-nematode-trapping-fungi-interactions-new/
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