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自带伙伴的昆虫

认识动物界版本的俄罗斯套娃。

作者:Ed Yong
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一种名为粉蚧的害虫利用大量的内嵌微生物来帮助它获取必需的营养。iStockphoto

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打开一种侵害植物的害虫——柑橘粉蚧的细胞,你会发现一种名为Tremblaya princeps的细菌。再打开它们,你会发现更小的微生物,名为Moranella endobia。粉蚧利用这两个伙伴来补充它单调的植物汁液饮食。这三者相互关联,谁也无法单独生存。

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犹他州立大学的生物学家 Carol von Dohlen 十年前发现了这种独特的虫中虫中虫的层级结构。现在,她与蒙大拿大学的 John McCutcheon 一起,发现这三种生物通过合作生产线生产氨基酸;每种生物贡献其在该化学反应中的份额,以准备最终产品。除此之外,这种关系仍然是个谜。McCutcheon 说:“这真的很神奇,坦白说,我完全不知道这一切是如何运作的。”

许多食汁昆虫依靠有益的细菌(共生体)来制造氨基酸,但没有一种像柑橘粉蚧那样拥有嵌套的微生物。这种层级结构是如何进化的尚不清楚,但 McCutcheon 认为,最初是昆虫与Tremblaya建立了伙伴关系。寄生在虫体内的细菌丢弃了许多自己的基因。(如今,它是所有生物中基因组最小的——只有 121 个基因,而人类有 20,000 多个基因——而且它还在继续缩小。)在某个时候,Tremblaya的基因组缩小到其氨基酸生产机制无法正常工作,迫使粉蚧招募第二个伙伴来弥补不足。

至于Moranella为何会生活在Tremblaya内部,McCutcheon 仍在寻找解释。他说:“这是进化中一个迷人的怪癖。”

参考文献:John P. McCutcheon, Carol D. von Dohlen. "An Interdependent Metabolic Patchwork in the Nested Symbiosis of Mealybugs." Current Biology, August 11, 2011. DOI: 10.1016/j.cub.2011.06.051

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