[分享] 蘑菇孢子的魔术

myb

 

高速摄像揭示出：真菌孢子将自身弹射到空气中的方式原来竟是如此神奇，如此多种多样，如此令人难以置信。

数百年来，科学家们这样描述孢子形状的变化范围——已知15000多种的真菌各个不同，这样令人震惊的物类集合更像是来自威利?旺卡（Willy Wonka，电影《查理与巧克力工厂》中的主人公，译者注）大脑里冒出的灵感，而非来自查尔斯?达尔文。

但从几乎所有的观察中，他们还是很难找出孢子为什么会以这些形状出现的答案。有些真菌学家怀疑这只不过是进化噪音（evolutionary noise）。但对真菌孢子形状与繁殖扩散的首次比较分析结果却显示，这些形状的出现并非是进化中的意外。

“人们两百年来所做的无非就是一卷又一卷地对孢子的形状和大小分门别类地加以描述，而从不考虑它为什么就是这样的。你所看到的就是这些古怪而又绝妙的形状，对其原因却一无所知。”俄亥俄州迈阿密大学的植物学家尼古拉斯?曼尼（Nicholas Money）说道。

曼尼的团队利用高速摄像分析的方法对孢子投掷到空气中的生物力学过程进行了研究。这一过程如同草写的小字般优雅简洁。一滴水珠凝结在孢子表面；当接触到孢子另一部分上的水薄层时，水珠便灌注其中，就好像雨滴落在挡风玻璃上汇合在一起。重量分布的变化如此突然和可观，直接促使整个团块——称为“掷孢子”（ballistospore）——投掷到空中。

这一过程是真菌无性生殖的一部分，而且多种多样的形状也可能有助于不同的种类在不同条件下生长和繁殖。一棵蘑菇每秒能发射31000个掷孢子，一天下来数目可达27亿个。之前，人们已经了解了该过程，但曼尼和他的同事们是第一批将这一过程用逐帧渐变方式分解呈现出来的研究者。

是什么让他们的文章与众不同？曼尼说，是他们对发生在这一机制中的变化所做的描述。他们发现，孢子形状的微小变化会明显改变水滴的形状，而水滴形状的变化则会影响孢子发射的轨迹。

从某个角度看，这些发现确实只能在显微镜下可见；但从另外一个角度，它们是普遍存在的。

“蘑菇是自然工程学的杰作，”曼尼说，“而我们是刚刚开始对其行为方式进行研究。”

此次研究的结果发表在周二的《公共科学图书馆》（Public Library of Science ONE）上。美国国家卫生研究院（National Institutes of Health）为研究提供了部分资助，他们感兴趣的是如何利用曼尼的发现开发防治真菌的方法。当然，这些就是其他人的事了；曼尼关注的，仅仅是蘑菇表演的生物力学魔术。

当被问到孢子发射过程是否可以用投掷棒球或其他易于被读者理解的语句来形容时，曼尼回答说，蘑菇孢子还远不能做到那个程度。

“如果棒球受到的空气粘滞阻力在程度上等同于蘑菇孢子所受阻力的话，你会看到掷出去的球运动了一臂之长后就停下来，垂直地落到地面，”他说，“在小组里，我称这个飞行轨迹为‘大笨狼怀尔’（Wile E. Coyote）轨迹。”

曼尼称，这种说法能说得通，因为它保证了孢子能够从浓密的菌褶——孢子在那里产生——中顺利地掉落下来。

“从技术上说，这种机制实在是帅呆了。”他说。

引用："Adaptation of the Spore Discharge Mechanism in the Basidiomycota." By Jessica L. Stolze-Rybczynski, Yunluan Cui, M. Henry H. Stevens, Diana J. Davis, Mark W. F. Fischer and Nicholas P. Money. Public Library of Science ONE, Vol. 4 No. 1, Jan. 8 2009

图片：Ernst Haeckel的《源自自然的艺术形式》（Kunstformen der Natur），描绘的是 Basimycetes

视频：1、超高速摄像片段（50000 f.p.s），显示假蜜环菌（Armillaria tabescens）的掷孢子从菌褶上抛射出来的情景/PLoS ONE      2、掷孢子从散发着臭气的小麦网腥黑穗病菌（Tilletia caries）上发射出来。视频用每秒24帧捕捉；显示发射之前的水滴状态变化/尼古拉斯?曼尼，迈阿密大学       3、用常规数码相机视频模式捕捉的硬柄小皮伞（fairy ring mushroom）菌盖上孢子释放的情景/尼古拉斯?曼尼，迈阿密大学