自然科普:一己之力引發(fā)多個(gè)物種滅絕,可怕!和蛙壺菌這場戰(zhàn)爭路在何方
發(fā)布時(shí)間:2020-12-02
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  蛙壺菌(學(xué)名:Batrachochytrium dendrobatidisBd)是一種寄生于兩棲動(dòng)物表皮角質(zhì)層的真菌,最初于1998年發(fā)現(xiàn),在其后的十年內(nèi),造成大量兩棲動(dòng)物死亡,并引發(fā)多個(gè)物種滅絕,是為全新世滅絕事件之一。
  
  掃描電鏡下的蛙壺菌(圖片源自維基百科)
  壺菌可以在4-25的溫度下生長,因此它們可以在寄主的身上過冬。最適生長溫度為17-25,高于28,生長就會(huì)停止。那么,是否熱帶地區(qū)的蛙壺菌爆發(fā)概率會(huì)低于溫帶地區(qū)?這也不是絕對的,有證據(jù)證明,全球氣候變暖在哥斯達(dá)黎加蒙特維多云霧森林反而促進(jìn)了蛙壺菌的擴(kuò)散。
  蛙壺菌有兩個(gè)主要的生命階段:鞭毛的游離孢子和無柄的游動(dòng)孢子囊。游離孢子只會(huì)在短時(shí)間內(nèi)保持活躍,移動(dòng)距離短。它具有化學(xué)趨向性,會(huì)向兩棲類表面的大分子(如糖、蛋白質(zhì)等)靠攏,以兩棲類的皮膚作為養(yǎng)分。當(dāng)游離孢子到達(dá)寄主后,它們會(huì)在寄主皮膚下層形成一個(gè)孢囊,發(fā)展為游動(dòng)孢子囊,并進(jìn)入繁殖階段。游動(dòng)孢子囊會(huì)生產(chǎn)更多的游離孢子,不斷感染寄主的皮膚。
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  蛙壺菌生活史示意圖(圖片源自維基百科)
  蛙壺菌,兩棲動(dòng)物種群減少的“罪魁禍?zhǔn)住?/span>
  被蛙壺菌感染的動(dòng)物會(huì)得壺菌病。壺菌病是近幾十年全球范圍內(nèi)兩棲動(dòng)物種群數(shù)量快速下降的主要元兇,也是目前全球兩棲動(dòng)物多樣性的最大威脅,現(xiàn)時(shí)在野外并沒有有效的控制方法。
  蛙壺菌主要侵染兩棲動(dòng)物變態(tài)發(fā)育后個(gè)體(即亞成體和性成熟個(gè)體)的角質(zhì)化表皮及幼體的牙行和顎鞘,擾亂表皮的滲透調(diào)節(jié)功能,導(dǎo)致兩棲動(dòng)物體液失衡,最后器官衰竭而亡。
  壺菌病晚期癥狀包括,腹部和大腿皮下出血、大量脫皮甚至出現(xiàn)皮膚潰爛。疫情爆發(fā)時(shí)往往能造成兩棲動(dòng)物的大面積迅速死亡。但該真菌由于對寄主特殊的生理要求,目前發(fā)現(xiàn)只感染兩棲動(dòng)物,對人無害。
  
  圖示蛙壺菌在寄主表皮中形成導(dǎo)管(箭頭處),從而向外釋放孢子(圖片源自維基百科)
  但并不是所有的兩棲動(dòng)物都會(huì)感染蛙壺菌,不同物種對蛙壺菌抵抗力也有差異。有些兩棲類容易感染蛙壺菌,如三鋸擬蝗蛙、蟋蟀雨蛙、霍氏鋤足蛙、南方豹蛙等,在低密度下就會(huì)發(fā)病死亡;而有的物種,如美國牛蛙、非洲爪蟾則對于蛙壺菌有較高的抵抗力,在高孢子密度下也不會(huì)發(fā)病。
  目前全球已有50個(gè)國家超過500種兩棲動(dòng)物感染蛙壺菌,其中有約100種兩棲動(dòng)物因感染該病而絕滅或可能絕滅(如澤氏斑蟾,達(dá)爾文蛙,巴拿馬樹蛙等),還有100多個(gè)種群正在快速下降。
  
  澤氏斑蟾,又稱巴拿馬金蛙(圖片源自維基百科)
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  達(dá)爾文蛙(圖片源自網(wǎng)站www.arkive.org,由J?rn K?hler拍攝)
  之前疫情報(bào)道多集中在美洲和歐洲,亞洲很少,但后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)亞洲早有壺菌存在,只是尚未出現(xiàn)大規(guī)模爆發(fā)。日本,韓國,老撾,印尼,菲律賓,越南,馬來西亞,斯里蘭卡等國均監(jiān)測到有蛙壺菌感染案例,部分地區(qū)感染率較高。2010年有報(bào)道指出,我國云南省確定有蛙壺菌感染,在4種原生無尾兩棲類(滇蛙,昭覺林蛙,云南臭蛙和大蹼鈴蟾)和入侵物種牛蛙上得到蛙壺菌檢測陽性結(jié)果。我國臺(tái)南地區(qū)也有蛙壺菌感染的報(bào)道。
  
  昭覺林蛙Rana chaochiaoensis圖片源自網(wǎng)站www.amphibiachina.org,由Sang N. Nguyen拍攝)?
  最新研究表明,壺菌屬Batrachochytrium還有另一個(gè)物種蠑螈壺菌(Batrachochytrium salamandrivorans)同樣能引起壺菌病,其因在荷蘭引起火蠑螈的群體性死亡而令整個(gè)兩棲動(dòng)物保護(hù)圈震驚。
  火蠑螈(圖片源自維基百科)
  蛙壺菌的傳播,主要因?yàn)樗鼈儯?/span>
  外來物種擴(kuò)散是蛙壺菌傳播的主要原因之一!
  導(dǎo)致這一結(jié)果的部分原因是人類引起的兩棲動(dòng)物遷移。全球有多種青蛙交易市場,比如寵物市場和食品市場,而在這些青蛙去的地方,病原體也會(huì)搭便車前往。最著名的例子是非洲爪蟾和美國牛蛙,一方面它們在世界范圍內(nèi)活動(dòng)廣泛,另一方面它們對蛙壺菌具有一定抵抗力,不會(huì)輕易被蛙壺菌殺死。于是,它們成了蛙壺菌的理想傳播者。
  有研究指出,蛙壺菌源于非洲,在向外傳播前已在非洲內(nèi)肆虐了23年。最早出現(xiàn)壺菌病的是于1938年發(fā)現(xiàn)的非洲爪蟾。蛙壺菌經(jīng)非洲爪蟾的貿(mào)易逐漸擴(kuò)散到世界各地。
  
  非洲爪蟾(圖片源自維基百科)
  另一個(gè)“傳播者”就是牛蛙。牛蛙原產(chǎn)于美國落基山脈以東、加拿大東南等地區(qū),經(jīng)過農(nóng)業(yè)與貿(mào)易被廣泛引入世界各地。但由于養(yǎng)殖管理不善造成的牛蛙逃逸和人為放生等原因,牛蛙在很多地方建立了野生群落,蛙壺菌也同時(shí)被帶到了這些地方。有研究指出,從美國進(jìn)口食用的牛蛙可能是致使中國兩棲動(dòng)物感染蛙壺菌的原因。
  
  美國牛蛙(圖片源自維基百科)
  模式動(dòng)物非洲爪蟾和外來入侵物種美國牛蛙,為蛙壺菌在世界范圍內(nèi)的傳播提供了絕佳機(jī)會(huì)。慶幸的是這種傳播途徑可以通過控制外來物種擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)遏制。然而,有的傳播途徑讓人意想不到——蛙壺菌居然將寄主變成“性僵尸”,幫助自己傳播,簡直防不勝防!
  如果僵尸就是指行為發(fā)生巨大變化,以利于寄生者生存的生物,那我們可以在日本樹蛙(Hyla?japonica)身上找到一個(gè)可怕的例子。首爾大學(xué)的Waldman教授展示了蛙壺菌對日本樹蛙令人瞠目結(jié)舌的行為操控能力。
  
  日本樹蛙(圖片源自維基百科)
  蛙壺菌是許多蛙類的嚴(yán)重威脅,但是當(dāng)日本樹蛙被這種真菌感染后,它們并不會(huì)突然就大規(guī)模死亡。Waldman等人分析了42只雄性日本樹蛙的求偶鳴叫,發(fā)現(xiàn)其中9只感染蛙壺菌個(gè)體發(fā)出的鳴聲具有更長的音節(jié)時(shí)長和更高的音節(jié)重復(fù)率——這使得它們在雌蛙眼中變得更有吸引力。
  之后,Waldman又對當(dāng)?shù)亟】?/span>日本樹蛙的叫聲進(jìn)行了錄音,隨后把它們帶回實(shí)驗(yàn)室,在這些個(gè)體感染蛙壺菌之后,研究者再次進(jìn)行了錄音。結(jié)果發(fā)現(xiàn),蛙壺菌感染直接導(dǎo)致了日本樹蛙叫聲的變化,被蛙壺菌感染的雄蛙發(fā)出的叫聲更吸引雌蛙。
  日本樹蛙變成了“性僵尸”,其感染后與配偶的互動(dòng)可以增加蛙壺菌傳播的機(jī)會(huì)。這種行為在其他兩棲類中是否普遍存在還不得而知。
  就問你,蛙壺菌可不可怕?
  抗衡,“幸存者”的絕對反擊
  在充分認(rèn)識(shí)到蛙壺菌對兩棲動(dòng)物巨大危害的同時(shí),科學(xué)家們也開始研究如何抗衡蛙壺菌。而當(dāng)初那些感染蛙壺菌的幸存者成了抗衡蛙壺菌的最后希望。
  面對這種惡性殺手,動(dòng)物也并非完全沒有保護(hù)力。美國南佛羅里達(dá)大學(xué)的生物學(xué)家Jason Rohr讓青蛙接觸了活著的和已經(jīng)死了的蛙壺菌。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在這兩種情況下,那些曾多次接觸真菌的青蛙,要比從未接觸過這種真菌的青蛙表現(xiàn)更好。這一結(jié)果表明,多次接觸蛙壺菌而幸免于難的青蛙會(huì)進(jìn)化出針對這種真菌的免疫力,這也許有助于為兩棲動(dòng)物進(jìn)行免疫接種。
  
  巴拿馬樹蛙Ecnomiohyla rabborum(圖片源自維基百科)
  除了在免疫方面獲得進(jìn)展,科學(xué)家在兩棲動(dòng)物皮膚分泌物方面也取得了突破。
  2004年到2007年期間,在巴拿馬爆發(fā)的壺菌病導(dǎo)致無數(shù)的蠑螈和青蛙死亡。當(dāng)Voyles教授和她的團(tuán)隊(duì)返回巴拿馬監(jiān)測壺菌病疫情時(shí),她們發(fā)現(xiàn)盡管蛙壺菌仍然存在,但有些兩棲動(dòng)物已恢復(fù)過來。
  通過測量當(dāng)前蛙壺菌樣品和2004年壺菌病爆發(fā)時(shí)樣品的多項(xiàng)指標(biāo)發(fā)現(xiàn),兩種樣品之間不存在顯著差異——蛙壺菌在這十幾年間并沒有發(fā)生多少改變。
  于是,Voyles團(tuán)隊(duì)將他們的注意力轉(zhuǎn)向兩棲動(dòng)物本身。研究人員分別收集了壺菌病爆發(fā)前后兩棲動(dòng)物的皮膚分泌物樣品,對比發(fā)現(xiàn)兩者在阻止蛙壺菌生長能力上存在差異。壺菌病爆發(fā)前樣品的抑制效果要差于從中恢復(fù)過來之后收集的樣品。Voyles教授認(rèn)為,抵抗力變得更強(qiáng)的物種可能不僅分泌抗菌肽,而且也發(fā)生遺傳適應(yīng)、行為適應(yīng)和其他的適應(yīng),從而幫助它們抵抗這種致病真菌。
  目前我們并沒有十分有效的手段控制蛙壺菌,顯然這將是一場持久而艱難的戰(zhàn)爭。
  部分參考文獻(xiàn)
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  (本文中標(biāo)明來源的圖片均已獲得授權(quán)) 
  出品:科普中國?
  制作:從水到陸工作室?
  監(jiān)制:中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心?


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