成為獵人、或是獵物！線蟲與真菌的傳說對決

徽徽 2018-11-24 2018-12-25

本文經授權轉載自友站中研院研之有物文/ 執行編輯｜林婷嫻美術編輯｜張語辰

蟲，有些人看到這個字就嚇得腳軟。但對於薛雁冰而言，顯微鏡下的蟲，尤其是小小的線蟲，是會扭來扭去的小可愛。「它們雖然很小、肉眼看不清楚，但在顯微鏡下，它們有很多秘密要跟我們說。」

獵食者 VS 獵物

自然界沒有一個物種是邊緣人，都是複雜生態系的一份子。其中，獵食者和獵物是生態系很常見的關係。以地球上數目最多的動物「線蟲」為例，若我們能了解它的天敵「線蟲捕捉菌」（真菌）是如何抓線蟲，就有機會找出生物防治方法，對抗危害人類或農作物的寄生性線蟲。

顯微鏡底下的攻防戰

小小的線蟲和線蟲捕捉菌，在顯微鏡下訴說的「秘密」，不是哪位明星談戀愛的八卦，而是獵物和獵食者彼此如何攻防。為了存活下去，沒有一方能在這場對決中耍賴不玩。因此，獵食者要抓準時機覺醒獵魂，而獵物要想辦法避開被捕食的處境。

這種史詩般的狩獵對決，激起薛雁冰的好奇心，雖然沒辦法將野外的獵豹和羚羊抓回實驗室研究，但是生長快速的線蟲和線蟲捕捉菌，可以回答薛雁冰好奇的問題。

就像硬幣的兩側。我們一方面研究會吃線蟲的真菌如何捕捉線蟲，另一面也研究線蟲對於這些真菌的反應。

這除了是很有趣的生命現象，這類研究未來也有機會發展生物防治。因為大自然中有很多動植物的寄生性線蟲，有些會造成農作物生病、產量減少，有些會危害人或動物的健康。但若想對抗這些寄生性線蟲，第一步要先了解：它們的天敵是透過什麼樣的互動來抓住線蟲。

薛雁冰實驗室選擇的 C.elegans 線蟲，雖然不是寄生性線蟲，但是一種從 1970 年代迄今被廣泛研究的模式生物，在顯微鏡下扭來扭去，為科學家解開生命之謎。許多諾貝爾獎的重大發現，都要歸功於 C.elegans 線蟲的犧牲小我。

除了 C.elegans 線蟲，薛雁冰的實驗室也住著它的獵食者──大自然常見的真菌 A.oligospora和杏鮑菇（沒錯，就是我們吃的杏鮑菇），這兩者在某些「飢餓」條件下都會捕食線蟲。

獵魂覺醒！真菌這樣抓線蟲

會吃線蟲的真菌，例如 A.oligospora 和杏鮑菇，不是天生的戰鬥民族，而是它們在缺氮的環境中餓到了，需要捕食線蟲以攝取養分。兩者殺害線蟲的手段不一樣，可以簡單想像成：前者 A.oligospora 擅長設下「陷阱」，而杏鮑菇擅長「下毒」。

當環境中的氮養分不足，真菌 A.oligospora 一旦偵測到環境中存在線蟲，就會形成黏黏的菌絲陷阱，像蜘蛛網等待線蟲納命來。而杏鮑菇不管環境中有沒有線蟲，只要餓了就會分泌毒素，若有線蟲誤入毒素的範圍，就會被痲痹。

請各位讀者看看命案現場，請放心沒有血腥畫面。下方影片中，一旦 C.elegans 線蟲被真菌A.oligospora 的菌絲陷阱黏住後，就會漸漸氣絕身亡，然後被慢慢消化掉。

這命案過程中間、以及案發前後發生了什麼事？薛雁冰團隊透過遺傳學、基因體學、神經科學和分子生物實驗，像刑事鑑識中心般，剖析出線蟲捕捉菌 A.oligospora 的五個犯案步驟：

吸引獵物 → 發現獵物 → 設下陷阱 → 抓住獵物 → 飽餐一頓！

事情要從 C.elegans 線蟲的蟲生故事說起，它從蟲卵長為成蟲大約只需兩日，終其一生只有兩個使命：成長、交配。從這個角度來看真好命。

因為線蟲捕捉菌無法移動，需要想辦法「吸引」獵物上門。薛雁冰團隊發現，真菌 A.oligospora 看準線蟲隨時隨地都在尋找「交配對象」和「食物」，就分泌出和線蟲性賀爾蒙相似的化合物、以及像線蟲食物的化合物，藉此吸引獵物。

線蟲捕捉菌 A.oligospora 如何知道獵物來了呢？請試著回想，當你肚子餓了，如何發現附近有食物，可能是鼻子聞到「前面那個好香喔」。線蟲捕捉菌 A.oligospora 也類似如此，當它偵測到線蟲身上特殊的「誘惑」，就知道要趕快設下陷阱、捕捉獵物。

C.elegans 線蟲並沒有夢幻誘惑的體香，而是會分泌稱作 Ascarosides (暫無中文譯名) 的醣分子，這種醣分子的結構約有一百多種，例如下圖舉例：

不同結構的 Ascarosides 醣分子，有些用於調控線蟲自身的發育，有些作為尋找交配對象的語言。

身為獵食者的真菌 A.oligospora ，可稱讚它聰明又心機重，知道這些 Ascarosides 醣分子是線蟲的必要分泌物，那麼獵食者只要學會辨識這些醣分子，就能偵測身邊有沒有好吃的線蟲靠近，並且趕快長出黏黏的菌絲陷阱，將線蟲黏住，最終化為肚中物。

「在這互動中，線蟲的哪些 Ascarosides 醣分子，會引誘線蟲捕捉菌長出陷阱？這些真菌偵測線蟲的靈敏度會不會有變化？又是哪些基因變異，產生這些改變？」薛雁冰說明，團隊除了觀察短時間內獵物和獵食者的攻防戰，也透過實驗操作來觀察兩者長時間的演化軍備競賽(Evolutionary arms race)。

演化軍備競賽，就像歷經數十年至數百年的武裝升級過程。獵物經由基因和性狀的變異，提升自己的防禦值，成功存活下來的獵物，因而可以將這組基因遺傳給子代；同時，獵食者也會發生基因和性狀的變異，提升自己的攻擊力，才能更容易抓到獵物。