这是自然界真实的“釜山行”:吞噬蚂蚁内脏,只为借尸体自我繁殖
偏侧蛇虫草菌(Ophiocordyceps unilateralis)只有一个目标:实现自我繁殖与扩散。为达成这一目的,这种寄生真菌会劫持蚂蚁的身体,实质上把它们变成了 “僵尸”。
研究人员认为,这类生活在热带雨林中的真菌,其生命周期始于对一只觅食蚂蚁的感染—— 真菌孢子会附着在蚂蚁的外骨骼上,随后穿透外骨骼完成感染。
随着感染的不断加剧,真菌会迫使蚂蚁离开巢穴,前往湿度更高的微环境,而这种环境恰好有利于真菌生长。蚂蚁会爬到距离地面约25.4厘米的合适位置,接着用颚部紧紧咬住植物北侧的叶脉,保持一种 “死亡紧握”的姿势。
在此期间,虫草真菌会持续吞噬蚂蚁的内脏,直到做好进入生命周期最后阶段的准备。蚂蚁死亡数天后,真菌会从其头部底部长出子实体,将这具干瘪的尸体变成“发射台”,真菌就能从这里喷射孢子,进而感染新的蚂蚁。
“这无疑勾起了科学家和公众的无限想象。” 中佛罗里达大学(University of Central Florida)教授查里萨・德・贝克(Charissa de Bekker)说道。她主要研究 “通过行为操控实现寄生的宿主-寄生虫互动关系”。
如何操控蚂蚁?
和“僵尸传说” 的情节类似,被偏侧蛇虫草菌入侵的蚂蚁会经历一段“潜伏期”:在这段时间里,它们看起来和正常蚂蚁没什么两样,依旧进行日常活动,丝毫不会引起蚁群中其他同伴的怀疑。
这种情况十分特殊,因为像木工蚁这类社会性昆虫,通常具备“群体免疫”(social immunity)机制:一旦有成员生病,就会被逐出群体,以防疾病扩散感染其他同伴。“我们认为,蚂蚁其实并没有能清除偏侧蛇虫草菌的有效机制。” 德・贝克解释道。
虽然这种感染的致死率高达100%,但真菌的目的并非让所有蚂蚁都变成 “行走的尸体”。要维持生态系统的平衡,真菌就必须控制好宿主(蚂蚁)的数量 —— 事实上,在任何一个时间段,一个蚁群中被这种真菌感染的蚂蚁数量都很少。
“这情形几乎就像得了一场慢性感冒。” 德・贝克这样形容。
或许与“僵尸设定” 最大的不同之处在于:偏侧蛇虫草菌似乎并不会入侵蚂蚁的大脑。
宾夕法尼亚州立大学(Pennsylvania State University)的研究人员借助荧光显微镜,观察了真菌在蚂蚁体内的定植过程——从腹部末端的 “腹柄”(gaster)一直观察到头部,最终发现蚂蚁的大脑中完全没有真菌细胞的踪迹。
研究人员还将这一观察结果与计算机算法相结合,绘制出了真菌的移动路径:真菌会在蚂蚁的肌肉束内部及周围形成一种管状支架结构。
德・贝克指出,这一发现表明,真菌很可能是通过“生物活性化合物”(bioactive compounds)对蚂蚁进行 “思维控制”—— 这些化合物会干扰蚂蚁的神经系统,并且直接作用于肌肉纤维,从而实现对宿主行为的控制。
其他昆虫的奇妙关联
目前,泰国和美国的研究人员正在研究“能感染其他种类蚂蚁的线虫草属真菌(Ophiocordyceps)”,希望通过对比,弄清不同菌种的操控机制。
截至目前,研究人员已发现超过 200 种线虫草属,它们能够感染10个目(昆虫分类单位)的昆虫以及蜘蛛——不过,并非所有菌种都会对宿主进行行为操控。
其中有一种相关菌种名为“冬虫夏草”(O. sinensis),它会定植在 “蝙蝠蛾幼虫”(ghost moth caterpillars)体内,之后从幼虫头部生长出来,外形酷似独角兽的角。
更奇特的是,寄生在日本蝉(Japanese cicadas)体内的蛇虫草菌,甚至可能取代了蝉体内的 “共生细菌”(symbiotic bacteria),帮助宿主消化树汁中的营养物质。
“就像人类肠道内存在微生物组一样,昆虫体内也生存着大量不同种类的真菌。” 拉克罗斯威斯康星大学(University of Wisconsin in La Crosse)的昆虫学家巴雷特・克莱因(Barrett Klein)表示。
但由于并非所有真菌都能在实验室中培养,目前只有少数几种真菌得到了深入研究,而被证实能“操控宿主行为” 的真菌就更少了。
不过,科学家们确实发现了一些具备这种能力的真菌。比如“蝇虫霉”(Entomophthora muscae)——它的英文名在希腊语中意为 “苍蝇毁灭者”。这种真菌会让受感染的苍蝇爬到一定高度,用口器紧紧粘在植物上,然后摆出 “腹部朝上” 的 “死亡姿势”,而这种姿势最有利于真菌孢子的扩散。
还有一种真菌叫“蝉团孢霉”(Massospora cicadina),它会让受感染的蝉体内充满致幻药物,还会导致蝉的部分腹部脱落。之后,这些 “露腹” 的蝉会扭动着身体走向死亡 —— 而这一切,同样是为了帮助真菌扩散孢子。
“研究‘寄生虫对宿主的操控程度’,是一个处于人类认知边界、充满趣味的领域。” 克莱因说,“如果动物(比如被蛇虫草菌感染的蚂蚁)能这么轻易地被操控,那这对人类来说意味着什么呢?”
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