昆蟲界傀儡大師真菌,感染果蠅後將其操縱到死

作者 | 發布日期 2018 年 09 月 09 日 0:00 | 分類 生物科技 , 自然科學 follow us in feedly

加州大學柏克萊分校博士生 Carolyn Elya 在住家陽台發現控制昆蟲的傀儡大師:一種感染果蠅的真菌,會侵入果蠅的神經系統,並由內而外吞噬牠們。



2015 年夏天,當 Elya 第一次看到放在陽台的西瓜腐爛,但周圍果蠅橫屍遍野時,她沒有嚇得花容失色,反而感到十分興奮──她懷疑是真菌造成果蠅死亡。

於是 Elya 每天早晨和傍晚都定時觀察這顆西瓜,越來越肯定一定是西瓜的真菌控制了果蠅,最終導致牠們死亡。她將實驗室用的黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)帶回家,試著讓牠們也被真菌感染,最終她成功了。不過她也發現果蠅不能以實驗室提供的標準食物餵食,因為那種食物含有抗真菌劑,會使果蠅不被真菌感染。

至於那些受感染的果蠅在痛苦死亡過程中,就像繫在繩子上的傀儡,會爬到高處、張開翅膀、露出腹部使真菌附著,真菌的孢子便可從高處向四面八方射出,感染更多果蠅。

▲ 果蠅屍體上的真菌由分生胞子梗(conidiophores)向外形成分生孢子(conidia)。本片以 20 倍放大,每分鐘拍照記錄一次持續 222 分鐘,再以 10fpsframe per second)速度播放。(Source:論文

Elya 說:「我認為對果蠅而言,真菌是又大又壞又邪惡的生物,但事實上真菌也有脆弱的一面。我也發現許多奇怪之處,彷彿在讀科幻小說。真菌就像身體的入侵者。當我告訴其他人我正在研究的事情時,他們多半覺得噁心;但當我告訴他們這些真菌不會感染人類時,他們便開始感興趣了。」

有許多微生物,如細菌、真菌、原生動物都會操控動物的行為,但科學家還不了解這些微生物如何侵入並控制動物的神經系統。因此藉由徹底研究果蠅,或許便能了解其中機制。

這種學名為 Entomophthora muscae 的真菌已有 160 年歷史,其中屬名 Entomophthora 意思就是「昆蟲破壞者」。這種可控制昆蟲的行為模式在真菌裡並不常見,而有些真菌會入侵螞蟻、蚜蟲、甲蟲、蟋蟀,並控制牠們的行為,將牠們逼上致命高處,使附著在昆蟲身上的真菌能將孢子四射,科學家將這種行為模式稱為「登頂症」(summit disease)。

Elya 目前已知真菌會入侵果蠅的神經系統,這也為研究真菌控制宿主的機制提供線索。她還更進一步發現,雖然真菌控制了果蠅的神經系統,並從果蠅的脂肪獲取能量,但就目前的研究結果顯示,果蠅對真菌的入侵無能為力。Elya 說:「菌絲會逐漸吞噬果蠅的腦,也會吃掉牠的肌肉。」

當果蠅的脂肪消耗殆盡後,果蠅便會出現行為異常。很顯然,真菌不僅入侵果蠅的神經系統,還控制了牠的器官,於是果蠅開始轉往高處棲息。最終真菌的菌絲從果蠅鼻腔竄出,將喪失飛行能力的果蠅固定在所處位置表面,而果蠅的翅膀會固定成不自然的 90 度反折,菌絲再吸取果蠅的體液至其死亡。

▲ 受感染的果蠅鼻子伸出菌絲,被菌絲固定在高處等待死亡。

Eisen 教授向《大西洋》雜誌(The Atlantic)表示:「微生物是生物中最具創新能力的,微生物和動物間的交互作用始終存在,而微生物一直求新求變,試圖擁有操縱宿主的能力。」Elya Eisen 的研究發表在《eLife》期刊,並將繼續進行後續研究。

(圖片來源:加州大學柏克萊分校

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