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你再過來我就要放苯乙酸了:切葉蟻的家園保衛戰

afore
・2015/06/16 ・812字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 476 ・五年級

切葉蟻會利用自身的化學分泌物來抵抗真菌的威脅。 source:OptiBac Probiotics
切葉蟻會利用自身的化學分泌物來抵抗真菌的威脅。
source:OptiBac Probiotics

在自然界裡,各種生物聚落常會成為細菌、病毒和真菌下手的目標。為了防止這些不速之客入侵,生物也逐漸發展出各式各樣的防禦方法。近期,一個由巴拿馬和丹麥的研究人員組成的團隊就發現,一種名為切葉蟻的螞蟻會利用自身的化學分泌物來抵抗真菌的威脅。

切葉蟻對真菌可說是又愛又恨,有些真菌會提供牠們生存所需的營養素;有些真菌,例如Escovopsis,卻會對切葉蟻的聚落造成危害。切葉蟻的聚落是由超過一百萬隻的個體所組成,研究團隊實在想不透,在如此龐大的聚落中,切葉蟻到底是利用什麼祕密武器,才能讓家園免於受到真菌的威脅。於是,在2004年至2010年期間,研究團隊從巴拿馬各地找來不同的切葉蟻,讓牠們發展成五個聚落,每個聚落再分成四個小聚落。研究人員在這些小聚落中摻入不同的真菌,並從旁觀察切葉蟻是如何保衛家園的。

研究團隊發現,原來切葉蟻的秘密武器就是牠們自身所分泌的苯乙酸。每當切葉蟻察覺到Escovopsis入侵,牠們就會從胸部的線體分泌出這種難聞的酸性物質來殺死入侵者。更有趣的是,隨著切葉蟻的聚落不斷擴大,牠們也會發展出特定的小組專門負責偵測真菌的入侵,而隸屬於這個小組的切葉蟻的腺體功能也會進化,讓牠們能更有效地控制Escovopsis的擴散範圍。

不過,真菌也開始採取反擊的姿態,切葉蟻聚落周圍的真菌已經慢慢能夠抵抗牠們所分泌出的苯乙酸。科學家仍然不是很清楚,為什麼這幾百萬年來,切葉蟻單靠一種化學物質就能成功擋下真菌的入侵。研究團隊猜測,這也許是因為切葉蟻不會輕易使出牠們的秘密武器:切葉蟻只有在真菌入侵時才會分泌這種化學物質,而且牠們也只會將其使用在受感染的區域。

資料來源:

  1. Study sheds light on how leafcutter ants use chemical secretions to prevent fungal infections phys.org [Apr 29, 2015]
  2. Leafcutter ants use chemical warfare to keep fungus at bay Science Now [Apr 28, 2015]
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afore
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泛科學特約編譯作者。一個很容易臉紅的女生,最想去的國家是印度。

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如何養出活體真菌智慧鞋墊?
胡中行_96
・2023/04/03 ・2335字 ・閱讀時間約 4 分鐘

「我要謝謝 Pleurotus ostreatus [註]在研究中的配合。」2018 年非常運算實驗室(Unconventional Computing Laboratory)主持人 Andrew Adamatzky 教授,於英國皇家學會(the Royal Society)的《介面聚焦》(Interface Focus)期刊上,介紹如何用真菌天然的電力活動,來運作電腦。[1, 2]文末還真情流露地,感恩「它們」對研究的貢獻。[1]2023 年 3 月,他的寶貝真菌 P. ostreatus 又來了!這次改由該實驗室的另一位科學家 Anna Nikolaidou 領軍,於《科學報告》(Scientific Reports)期刊,教大家怎麼養出智慧鞋墊。[3]

Pleurotus ostreatus。圖/Maja Dumat on Flickr(CC BY 2.0)

智慧感測鞋墊

智慧感測鞋墊(intelligent sensing insoles),簡稱「智慧鞋墊」(smart insoles)。理想上,不僅要偵測步態、平衡、姿勢和肌肉力量等,以診斷並治療疾病;最好還能兼顧經濟、美觀、電力持久等諸多需求。依照其功能,大致分為三類:[3]

  1. 被動智慧鞋墊(passive smart insoles):能感應負重、地貌,以及揮發性有機化合物等。[3]
  2. 主動或互動智慧鞋墊(active or reactive smart insoles):可以在感測後,做出反應。[3]
  3. 先進智慧鞋墊(advanced smart insoles):除了感測和反應,還能因應使用的環境,進行適切的調整。[3]

智慧鞋墊運用的範圍,包括:運動訓練,以及監測身障、癡呆或年長者的行動安全等。被寄予厚望的同時,難免大量耗電。要嘛電池體積龐大,塞不進設計的造型;要嘛削足適履,導致續航力不足。再加上高昂的售價,以及有限的鞋款和尺寸選擇,都令智慧鞋墊普及不易。[3]於是,英國非常運算實驗室的團隊,就捧著 P. ostreatus 向世人宣告,潛力解方在此!

製作鞋墊

研究初期,實驗團隊選了三種材質的墊子,試著在上面養 P. ostreatus:[3]

  1. 麻質鞋墊(hemp insoles):買來幾個牌子的產品,都不容易養出真菌。科學家懷疑廠商為防細菌造成臭味,做過化學處理,結果意外害到真菌。[3]
  2. 麻纖不織布墊(non-woven hemp matting):養得出真菌,但其自然產生的電力活動,似乎因為布料含水量易變,而不太穩定。此外,結構比較不結實。[3]
  3. 毛細作用墊(capillary matting):其特質最適合實驗的要求,因此雀屏中選。[3]

決定之後,就可以正式開始養鞋墊了~

材料與設備

  1. 好培育又易收成,以黑麥為主的雜糧養出來的真菌 P. ostreatus[3]
  2. 由羊毛與壓克力複合的3毫米厚毛細作用墊,剪成的英制女鞋 10 號鞋墊(下圖a)。[3]
  3. 28 × 14.5 × 11 公分的 5 公升裝無菌塑膠容器[3]
  4. 49.5 × 32公分的聚丙烯(PP)塑膠袋[3]
  5. 0.5 微米空氣過濾貼片[3]
  6. 食品保鮮用的封口夾[3]
  7. 經過去離子處理的純水[3]
  8. 有 Mylar 不透光塑膠內裡的水耕栽培帳篷[3]
圖/參考資料 3,Figure 1(CC BY 4.0)

培養步驟

  1. 在裝有黑麥等雜糧的塑膠容器底部養 P. ostreatus。[3]
  2. 將噴灑過純水的鞋墊放在上面。[3]
  3. 拿黏著空氣過濾貼片的塑膠袋罩起來,再以封口夾密封。[3]
  4. 送進置於陰暗處的水耕栽培帳篷,維持內部溫度約 18 至 22°C。[3]
  5. 每 3 天檢查 1 次,不時補充純水。[3]
  6. 約 3 週後,成長茁壯的菌絲,均勻分佈在整個鞋墊上(上圖 b),便小心取出,進行測試。[3]

觀察鞋墊的突波

實驗團隊用 ABS 樹脂,3D 列印出底面積等大的假腳,來踩踏鞋墊。下方擺的布料,尾端伸入一盒純水,隨時將水吸去給鞋墊,避免真菌在實驗中渴死。他們在鞋墊上裝了 8 對電極,並連接電線與數據記錄器等器材,以利觀察。結果一如預期:P. ostreatus 受到外力,電壓短暫飆升的「突波」(spikes),次數明顯增加;而且在壓力施加和移除時,做出不同反應。[3, 4]另外,依照電極安裝的位置,可以清楚分辨腳趾、腳跟等,各部位受力的差異[3]

紅色假腳踩在白色鞋墊上;下面的綠色布料從塑膠盒吸收純水。圖/參考資料 3,Figure 2(CC BY 4.0)
縱軸是電壓;橫軸為時間;不同顏色的線條,代表鞋墊各處的電極。中央為鞋墊承載35公斤時,真菌明顯變多的突波。圖/參考資料 3,Figure 4(CC BY 4.0)

菌絲複合材料

這種結合真菌和其他東西養出來的菌絲複合材料(mycelium bound composites),不只成本低廉,會自己成長、組裝、修復、發電,以及感測壓力變化,廢棄後絕大部份還能生物降解,相當符合永續精神。唯一的問題是,使用期間要維持它健康地活著。為了營養充足,就讓鞋墊夾帶黑麥等穀物;外面若密封起來,則可避免細菌感染與水份流失。[3]不過,論文沒有說明改良後能撐上多久,不曉得未來實際運用時,是否得定時幫鞋墊餵食澆水…

  

備註

根據國立自然科學博物館「數位典藏國家型科技計劃」,Pleurotus ostreatus英文俗稱oyster mushroom;中文叫做蠔菇、側耳、平菇、秀珍菇、北風菌、鮑魚菇或天喜菇等。[5]在繁多的譯名之中,有些又與同為側耳屬(Pleurotus)的夏季鮑魚菇(Pleurotus cystidiosus)和杏鮑菇(Pleurotus eryngii)等,用字雷同。故本文採英文學名,以避免混淆。[6]

參考資料

  1. Adamatzky A. (2018) ‘Towards fungal computer’. Interface Focus, 8(6).
  2. Professor Andrew Adamatzky’. University of the West of England. (Accessed on 24 MAR 2023)
  3. Nikolaidou, A., Phillips, N., Tsompanas, MA. et al. (2023) ‘Responsive fungal insoles for pressure detection’. Scientific Reports, 13, 4595.
  4. The Trustees of Indiana University. (18 JAN 2018) ‘ARCHIVED: What are blackouts, brownouts, spikes, surges, and sags?’. University Information Technology Services.
  5. 王伯徹「秀珍菇-Oyster Mushroom國立自然科學博物館,數位典藏國家型科技計劃(Accessed on 24 MAR 2023)
  6. 王伯徹「夏季鮑魚菇」國立自然科學博物館,數位典藏國家型科技計劃(Accessed on 25 MAR 2023)
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胡中行_96
169 篇文章 ・ 60 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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帶孩子一起,認識我們身邊的好細菌與壞細菌——《細菌與病毒》
台灣愛思唯爾_96
・2022/07/13 ・836字 ・閱讀時間約 1 分鐘

好細菌能讓我們的身體發揮重要的功能,但壞細菌卻會溜進我們體內,害我們生病!該怎麼趕跑討厭的壞細菌呢?

圖/台灣愛思唯爾

這些就是細菌
These are bacteria.

肉眼看不見的細菌,可是五花八門。

圖/台灣愛思唯爾

細菌是很小很小的生物。
Bacteria are very small living things.

細菌比我們的細胞還要小,但別小看了這群生物。

圖/台灣愛思唯爾

你的身體裡面跟外面,都有很多細菌,這一大群細菌就叫做微生物相
Your body has lots of bacteria both inside and outside. This is called your microbiome.

身體若要維持健康,缺不了一群好細菌。

圖/台灣愛思唯爾

抗生素只對細菌有用,卻對病毒或真菌沒有效,所以沒辦法讓病毒引起的感冒好起來。
Antibiotics only work on bacteria, not viruses or fungi, so they won’t help you get over a cold (which is a virus).

細菌、病毒、真菌可是不一樣的病原體喔。

圖/台灣愛思唯爾

很多抗生素都會黏住細菌體內稱為蛋白質的特殊小工人。
Many antibiotics stick to special workers in the bacteria, called proteins.
在抗生素的作用下,蛋白質就沒辦法做它們的工作了,例如蓋細胞壁或是閱讀指令。
With the antibiotic in the way, the protein can’t do its job, like building a wall or reading instructions

抗生素的作用機制各異,像是阻止蛋白質工作。

——本文摘自《寶寶醫學院:中英雙語繪本系列套書》(細菌與抗生素),2022 年4月,台灣愛思唯爾出版。

台灣愛思唯爾_96
3 篇文章 ・ 0 位粉絲
愛思唯爾(Elsevier)於1880年成立於荷蘭阿姆斯特丹,是全球首要經營醫學、科學和技術資訊產品及出版服務的出版商。台灣愛思唯爾致力深耕繁體中文版的醫學知識內容,包含專業教科書、醫學資料庫,以及符合大眾需求的知識普及書。

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真菌與藻類的共生體,有著「陸上的珊瑚」之稱——地衣
許阿鳥_96
・2022/03/23 ・2967字 ・閱讀時間約 6 分鐘

地衣是可以作為空汙指標的生物

爬山的時候,路邊的石頭上、樹皮上,常常可以見到一層有點粉粉的、很像青苔的小生物。它們有綠色、灰色、黃色、紅色,呈現殼狀、葉狀、枝狀等各種形狀。它們的名字叫「地衣」,雖然常常與苔蘚混淆,不過它們並不是植物,而是真菌和藻類的共生體:真菌形成外殼,提供藻類保護;藻類行光合作用,提供真菌養分。科學家稱呼地衣時習慣以真菌的名稱來代表。由於它們也是靠共生藻提供養分,又有多變、多彩的外形,所以有「陸上的珊瑚」之稱。

地衣對空氣中的化學成分很敏感,可以作為空氣汙染的指標。因此,如果你家附近的路邊、行道樹上出現地衣,那代表你家附近的空氣很乾淨喔!除此之外,由於地衣的生命力強韌,它們通常都是一片荒蕪的環境中的先驅,在植物長出來之前,地衣就會先一步到達,把岩石分解成土壤,為之後的生態系打下基礎。在嚴寒的極地,冬季寸草不生,只有地衣可以生長。因此,地衣也是馴鹿等野生動物度冬重要的食物來源。

地衣可以做成染劑,而大家熟悉的石蕊試紙當中使顏色變化的成分,也是從地衣中提煉出來的。以下,就讓我們來認識一些美麗的地衣吧。

石蕊

石蕊屬於石蕊科(Cladoniaceae)、石蕊屬(Cladonia),屬於枝狀地衣,形狀就像一支支直立起來的粉綠色小喇叭,生長在中高海拔向陽的岩石上。

攝影:Cleyera Chou

地衣的繁殖構造稱為子囊果(ascocarp),有些種類的石蕊在小喇叭的邊上會長出鮮紅色的子囊果,像不像帶著紅色帽子的英國士兵呢?因此,這些地衣又被稱為「英國士兵地衣(British Soldier Lichen)」。

攝影:Cleyera Chou

地卷

地卷屬於地卷科(Peltigeraceae),地卷屬(Peltigera),屬於葉狀地衣,形狀就像一個黑色的手掌,有尖尖的橘色指甲。其實,「指甲」的部分是它的子囊果,由於形狀扁平,又稱為子囊盤(apothecium)。生長在山區潮濕的土壤、岩石和樹皮上。因為它們的形狀很像狗的牙齒,在英文中被稱為「狗地衣(dog lichen)」。在中世紀的歐洲,由於形狀很像狗牙的緣故,地卷被認為可以治療狂犬病。人們會把地卷磨成粉末,加入胡椒和熱牛奶,作為治療狂犬病的偏方。

攝影:Cleyera Chou

裸緣梅衣

梅衣科(Parmeliaceae)是目前已知最大的一個地衣科,有 77 屬 2765 種,形態、生長環境各有不同。其中,裸緣梅衣屬(Parmotrema)是很大的一個屬,包含了多種十分常見的地衣。圖中的大裸緣梅衣(Parmotrema tinctorum)就是最常見的地衣之一。

它們是葉狀地衣,顏色從灰綠到灰白,形狀有點像嚼過的口香糖,壓扁後黏在樹皮上的樣子。它們生長在中低海拔的樹皮上,經常出現在都市的行道樹幹上。下回,仔細觀察住家附近的行道樹,或許可以發現它們的蹤跡喔!

一張含有 真菌, 樹, 室外, 岩石 的圖片

自動產生的描述
攝影:許翠庭

絨衣

你是否見過山壁上、岩石上、樹皮上長出黃綠、褐綠色的絨毛呢?它們不是青苔,而是絨衣屬(Coenogonium)的地衣。絨衣是一類很特別的地衣,大部分的地衣都是由真菌外殼決定形狀,但絨衣卻是由絲狀的共生藻——橘色藻屬(Trentepohlia)構成主要的形狀,這也是為什麼絨衣摸起來毛茸茸的原因。翻起一片片絨衣,有時可以看到點狀的子囊盤長在絨毛的背面。

一張含有 魚 的圖片

自動產生的描述
攝影:許翠庭

松蘿

和上述的裸緣梅衣一樣,松蘿屬(Usnea)也是屬於梅衣科,形態卻大不相同。它們是枝狀地衣,長得像淺綠色的頭髮,和園藝店常見的空氣鳳梨十分相似。其實,空氣鳳梨是被子植物中的鳳梨科(bromeliaceae) 鐵蘭屬(Tillandsia),松蘿是真菌、藻類共生而成的地衣,兩者是完全不一樣的。松蘿生長在中、高海拔霧氣豐富的森林中,常常與下面會提到的樹花(Ramalina)一起出現在樹枝、樹幹上。

攝影:Cleyera Chou

樹花

樹花屬於樹花科(Ramalinaceae)樹花屬(Ramalina),形態和松蘿有點相似,都是淺綠色的枝狀地衣,差別在於樹花比較短,呈現一束束的簇生狀態;松蘿則長了許多,垂掛在樹枝上。圖中的圓盤狀構造,是樹花的子囊盤。

樹花和松蘿是好朋友,常常一起出現在中、高海拔雲霧森林的樹枝和樹幹上,喜歡生長在樹的向陽面。樹花含有一種稱為松蘿酸(Usnic acid)的化學物質,是製做抗生素的重要原料。

攝影:Cleyera Chou

膠衣

膠衣屬於膠衣科(collemataceae)。膠衣科的地衣有一個特徵:大部分的地衣主要的共生藻類都是綠藻(chlorophyta),但膠衣科地衣主要的共生藻類都是藍綠細菌(cyanobacteria),因此,膠衣科的地衣形態成膠狀,有點像橡皮的質感,和其他地衣很不一樣。圖中的地衣屬於膠衣科的貓耳衣屬(Leptogium),生長在低海拔的森林中,樹幹的陰涼面。粉紅色圓盤狀構造是它的子囊盤。

攝影:Cleyera Chou

肺衣

肺衣屬於肺衣科(lobariaceae)肺衣屬(Lobaria),同時含有綠藻與藍綠細菌兩種共生藻類。它們有皮革的質感,葉面上有許多凸起的脈和凹下的凹槽,背面則有肺泡一般隆起的小包,裡面含有共生的藍綠細菌。由於形態很像肺臟,有肺泡般的構造,因此被稱為「肺衣」。

在許多文化中,肺衣都具有藥用的功能。例如在中醫的系統裡,肺衣被稱為「老龍皮」,有消食健脾,利水消腫,祛風止癢的效果,在印度、義大利等地也有藥用的紀錄。此外,肺衣中也可以提煉出松蘿酸,作為抗生素使用。

攝影:Cleyera Chou

赤星衣

赤星衣屬於赤星衣科(haematommataceae)赤星衣屬(Haematomma),屬於殼狀地衣,生長在樹皮表面。赤星衣有鮮紅色的子囊盤,非常醒目。

攝影:Cleyera Chou

盤腎衣

盤腎衣屬於盤腎衣科(nephromataceae)盤腎衣屬(Nephroma),形狀像一片一片的小蚌殼,生長在樹皮上。

攝影:Cleyara Chou

地衣雖然不起眼,仔細看卻擁有各異其趣的美麗。下次爬山時不妨放慢腳步,仔細看看這些小生命,將會發現許多驚奇唷!

參考資料:

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許阿鳥_96
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台大生態學與演化生物學研究所畢業。火星上的人類學家。