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喪屍蟻真菌秘密:有生理時鐘、不必入侵腦部即可控制蟻身

2017/11/13 — 15:52

遭偏側蛇蟲草菌感染的蟻,圖片來源:nsf.gov

遭偏側蛇蟲草菌感染的蟻,圖片來源:nsf.gov

氣候變化的 poster child 是北極熊,而寄生蟲界 poster child 當然首推喪屍蟻。很多神經學家都對蛇形蟲草屬 (Ophiocordyceps)* 真菌如何控制弓背蟻工蟻相當有興趣,因為即使最頂尖的學者仍然不能模擬其能力,改變其他生物的行為。而上周發表的兩份美國報告,或可以讓我們更了解這類「恐怖」的喪屍真菌如何操縱蟻身。

現時最多學者研究的喪屍蟻真菌是偏側蛇蟲草菌 (Ophiocordyceps unilateralis) ,當蟻被感染後 3-9 日,牠們會被指令離開蟻穴,在附近找適合的葉子,然後會用下顎咬住死去,真菌此時就會在蟻頭露出真身,長出一條類似天線的莖部,散播孢子到葉上與附近泥土,看哪隻倒霉蟻接觸到孢子延續真菌的生命循環。

中佛羅里達大學的生物學家 Charissa de Bekker 一直懷疑喪屍蟻真菌會入侵蟻的生理時鐘令蟻出現異常行為。因為從實地考察發現受感染的蟻都在每日同一段時間尋找適合樹葉死亡,而實驗室重覆感染蟻隻也有類似結果。

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de Bekker 的團隊在中佛羅里達的森林找到另一種喪屍蟻真菌 O. kimflemingiae 進行研究 [1] ,藉此了解大部份雨林蛇形蟲草真菌製造喪屍蟻的機制。團隊發現 O. kimflemingiae 有自己的晝夜節律 (circadian rhythm)  ,並會凌駕蟻本身的生理時鐘,控制何時感染蟻的身體以及何時開始操縱其活動。

而賓州州立大學的研究團隊從微米級的組織切片發現 [2] ,當偏側蛇蟲草菌入侵蟻身時,只會控制全身肌肉纖維,組成三維網絡集體控制宿主的行為,但並無入侵腦部。此前,學界已知道真菌會分泌代謝物,改變蟻的基因表達,令其下顎肌肉萎縮,減少抓緊葉子時所消耗的能量,但未知真菌如何協調這些影響並改變弓背蟻的行為。

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有份參與這個研究的喪屍蟻專家 David Hughes 指,普遍來說行為、活動是由動物腦部傳送訊號至肌肉才會出現,但偏側蛇蟲草菌卻似木偶師直接操控受感染的蟻;雖然真菌無入侵腦部,但亦可能已化學上改變腦部,這時的蟻其實只是「披著蟻皮的真菌」。他又推測,真菌留住蟻腦純粹讓其繼續存活至找到適合傳播孢子的地方。

學者都不約而同指,這些新的喪屍蟻研究結果或者可以讓我們更了解真菌感染機制,或可將所知的應用在對付引起人類疾病的真菌。無論如何大自然就是這樣美妙、這樣的令人大開眼界。不過大家放心,人類是不會變成天線得得 B 一樣的喪屍。

註:其實喪屍真菌與炒價貴過黃金的冬蟲夏草 (Ophiocordyceps sinensis) 同為蛇形蟲草屬,其藥用價值未必如外間所說這麼高,而且當中的蟲草素大量服用,會產生細胞毒性,還是少吃為妙。

報告:

  1. de Bekker, C., Will, I. & et al. (2017). Daily rhythms and enrichment patterns in the transcriptome of the behavior-manipulating parasite Ophiocordyceps kimflemingiae. PLOS One, published online 3 November 2017. doi: 10.1371/journal.pone.0187170
  2. Fredericksen, M.A., Zhang, Y., Hazen, M.L. & et al. (2017). Three-dimensional visualization and a deep-learning model reveal complex fungal parasite networks in behaviorally manipulated ants. PNAS 2017, published ahead of print 7 November 2017. doi:10.1073/pnas.1711673114

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