昆虫生病与保命“医术”

从“耳念珠菌”说起：虫子碰上它就变绿僵尸　

2019年4月，因为一种名为“耳念珠菌”在美国多地暴发，“超级真菌”的概念进入公众视野。
　　

耳念珠菌，来自黑色咸水湖的生物，是日本学者2009年在一名患者的外耳道分泌物中发现的一种新病原真菌物种，具有多重耐药和致死率高的特征。这是一种在医院内获得的感染，一般发生在本身有基础疾病的人身上（尤其是抵抗力比较差的住院病人），正常人不易感染。
　　

人们对真菌的了解，相对病毒、细菌，要少许多。在前不久一期《美国科学院院报》杂志上，浙江大学生命科学学院方卫国教授团队发表了一项有趣的研究，他们分析了一种叫作“绿僵菌”的真菌基因，搞清楚了这种真菌为什么能够成功毒杀比它高级许多的生物——昆虫，而且还把每一只虫的尸体都给弄绿了。
　　

方卫国课题组所选的这种昆虫病原真菌全名叫“罗伯茨绿僵菌”。这个真菌名副其实：它是绿的。待它长到孢子的状态时，细胞壁上会自带绿色素，这种绿色能帮助真菌抗逆，适应恶劣环境。如果它们去感染昆虫，那么昆虫会被它们给“绿”了。比如蟑螂、蚊子、蝗虫、大蜡螟……不管生前长啥样，死后都是绿油油的，而且还会变成“僵尸”。
　　

别看罗伯茨绿僵菌是很多动物的头号杀手，但它却是植物的“铁哥们”，与植物互惠共生。
　　

在自然界，罗伯茨绿僵菌保持种群的一种主要方式，是在植物根际与植物共生。通常，它们优先选择禾本科植物，比如很多种草。
　　真菌和植物兄弟是如何相互扶植的——植物光合作用产生糖，一部分运送到根部，绿僵菌就能从植物根部那里得到生存所需的碳源；一分恩惠，三分回报，绿僵菌能分泌小分子酸，把土壤中植物难以利用的磷溶解出来给植物利用，还能分泌植物生长激素，直接促进植物的生长；绿僵菌还能够与侵害、感染植物的真菌、细菌斗争，感染来吃植物的害虫。所以，真菌简直就是植物的生物肥料和生物杀虫剂。
　　

可是，昆虫就没那么好运了，绿僵菌是很多昆虫的天敌。
　　

昆虫的体壁，相当于人的皮肤+骨骼，是防止外来微生物的第一道障碍。而绿僵菌能够穿透它，以菌丝的形式穿透体壁后，进入昆虫的血腔。
　　

进入血腔的真菌，马上会变形成酵母状的单个细胞。这个体态，利于真菌在血液里快速游动，尽快占领整个血腔。所以昆虫很快就会被真菌完全感染，败下阵来的虫子，在生死线上挣扎大约两周，差不多就绿了。
　　

科学家发现，绿僵菌是在进化的过程中，获得了杀昆虫的能力。物种所具有的某种功能，都是由基因控制的。只有基因通过表达蛋白，才能帮助生物实现各种能力。绿僵菌的一些关键杀虫力基因，是从别的生物身上“拿”来的。生物获得基因有两种方式：通过祖先垂直遗传；基因水平转移——基因在亲缘关系很远的物种之间进行交流。而绿僵菌获得的杀虫能力，就是来自这种远距离的亲缘关系。
　　

怎么拿过来的？这些基因有可能是随机整合进了绿僵菌的基因组，由于它们能帮助绿僵菌更好适应环境，而被留在了基因组里。比如方卫国团队就发现，在罗伯茨绿僵菌全身共有的1.1万个基因里头，有18个基因，是从其他物种那里获得的。
　　

他们仔细地分析了这18个基因。其中2/3的基因，碰到昆虫体壁的时候，表达量非常高，也就是说，是它们在帮助绿僵菌穿透昆虫体壁；还有1个基因，对绿僵菌定殖昆虫血腔，起关键作用；还有5个基因，是目前不同种的绿僵菌都存在的。科学家把这5个基因突变失活后，绿僵菌失去杀虫能力，对昆虫的致死率降到只有0.9%。当然，我们不用怕，这种绿色的真菌对人都是无害的，就算不小心吃到肚子里，也被我们的胃消化掉了。这件事情，有一位中国科学家亲身测试过了——他拿绿僵菌的孢子泡水，也就是说，他把绿僵菌当成绿茶喝了。“一点都不好喝。不过，这是想要证明它对人非常安全。”
　　

昆虫也会得病？

人有生老病死，小小昆虫也同样具有。在它们的生命之旅中，也常常会被各种各样的疾病所缠身。
　　

家蚕会因白僵病而死亡。蚕白僵病是由白僵菌经皮肤侵入蚕体而引起发病的。白僵病的传染途径主要是经体壁接触传染，其次是创伤传染。覆盖于白僵病蚕巴体上的分生孢子，极易脱落，且质轻量多，随风飞散。我国汉初的《神农本草经》就记载了这种白僵蚕。后来随着科技的发展和人们对昆虫疾病认识上的提高，在最初的蚕病和蜂病研究的基础上，逐步扩展而建立了一门新的学科，即昆虫病理学。
　　

人类对昆虫疾病的认识逐步由表及里，从症状到病原体种类，再到疾病的流行、鉴定、诊断、预防等等。然而昆虫虽小，但生起病来五花八门，复杂程度绝不比人类逊色。细想一下也难怪，因为昆虫一生多变，不仅有卵、幼虫、蛹和成虫的虫态改变，还有食性、生活环境的变化，这么多的环节难免会遇到不测。昆虫在生命过程中，如果出现发育迟缓，体躯瘦小等生长发育异常；蜕皮、活动、生殖、排泄、取食等行为异常；体色和体形的异常改变，特别是虫体出现特殊异味或不能正常进入下一个虫期（如幼虫由幼龄到大龄）或下一个虫态（如由幼虫到蛹或到成虫）等等症状，即可断定它已有疾病缠身了。

感染真菌病昆虫的特征
　　

感染真菌后的昆虫最显著的特征是虫体内或体表出现菌丝。在感染的初期昆虫表现出一般特征，如停食、衰弱和迷向。寄主通常改变颜色，在真菌侵入处的表皮上出现暗色斑。以后，被寄生的昆虫渐渐死去，死后不久的虫体内充满产抱菌丝，或体表覆盖菌丝。
　　

如在昆虫体表覆盖白色孢子粉者，可能是白僵菌感染；绿色孢子覆盖的昆虫，可能是绿僵菌感染；浅黄绿色孢子是黄曲霉，带有浅黄色孢子的是粉状拟青霉。然而上述真菌中有的菌株，可能不产生这种颜色特征，在琼脂培养基上通常也不产生色素。除颜色外，寄主死亡的状态也可作为一个特征。例如，苍蝇或蝗虫被虫霉菌感染，寄主牢固地附着在基质上，或散落在地上。虫体质地均匀程度也是一个鉴定特征，例如是否有孔洞，是否乳酪状、硬化等。

感染细菌病昆虫的特征
　　

通常由于肠道是细菌最初侵染的器官，首先出现的病症与饲料和同化作用有关。食欲降低、停食、腹泻、肠道麻痹和呕吐，是一些细菌初期感染的特征。以后病虫可呈现迟钝（不活泼），出现痉挛，行为失调；出现一般性麻痹，并伴随败血症而死亡。有一些昆虫感染后，可出现向高处移动或躲藏在叶下等行为的变化。某些细菌可使虫尸出现特殊的颜色，例如，虫体红色，说明存在赛氏黏质菌。蜜蜂幼虫感染蜂疫芽孢杆菌后，变黄色或灰色，而感染了幼虫芽孢杆菌的蜜蜂幼虫，变成暗褐色；日本金龟子幼虫尾部感染了乳状芽孢杆菌后，变白色，别的细菌大多在感染后使寄主变成黑褐色。这些颜色是由于细菌腐解虫体所引起的。

感染病毒病昆虫的特征
　　

受病毒感染的昆虫可以表现形态学、生理学和行为方面的症状。症状严重程度和类型，随病毒和有关寄主而不同。鳞翅目幼虫被核多角体病毒感染后可以表现出行为异常，如向植株顶部迁移，并在该处停止取食和变衰弱，虫体组织解体然后死亡，血腔内的包含体大量释出。老熟病虫化蛹后蛹体有类似的症状。叶蜂幼虫受HPV感染后可以呈现暗白色、黄色的褪色反应（特别是在第三到第四背板），其食欲丧失，变得迟钝，常常以肛门排出褐色或牛奶状液。鳞翅目幼虫受胞质多角体病毒感染后，一般生长迟缓。随着病害的发展，感病的中肠可使体壁呈灰黄白色或微白色。再往下发展，多角体常常被吐出或随粪便排出。感病幼虫的外皮不断裂，和核多角体感染后相似。
　　

颗粒体病毒的有关症状没有什么特殊，并且不同种类的昆虫症状有所不同。通常起初的症状是颜色变白，随之丧失食欲。可以出现体壁的斑驳化，多数情况下腹部外表渐渐变灰白色或牛奶黄色，这是脂肪体受感染的缘故。当感病组织分解时，释放大量的荚膜，血淋巴变浑浊和牛奶状。有的昆虫，虫体死后内部组织液化，当真皮受感染时，外皮变得非常脆，与核多角体病的症状相似。然而，真皮如果未感染，外皮就依然比较坚固。受虹彩病毒感染的幼虫，可以从感病组织的乳白色、彩虹色、蓝色、绿色或褐色上加以辨认。其他非包含体病毒的症状似乎只限于它们的寄主和病毒的类型。例如，遗传给果蝇的“西格马病毒”使果蝇对二氧化碳敏感。用慢性或急性瘫痪病毒感染的蜜蜂显示的症状是颤动，以及功能协调丧失。蜜蜂幼虫因囊胞病毒死时细胞沿底部伸长，头部比虫体其余部分黑一些。
感染原生动物病昆虫的特征
　　

昆虫遭受原生动物感染后，很少有特殊的症状。大多数呈现一般症状，其中包括个体小、畸形、迟钝、蜕皮困难、取食减少、平衡失调和产生白色粪便排泄物，寄主出现体表透明，上表皮常有白色不透明或膨胀区。而另一些昆虫被原生动物感染后，表现在它们的体壁上出现黑斑。然而，在多数情况下，衰弱或死亡是昆虫感染原生动物后的基本特征，必须进一步用显微镜加以证实。

感染立克次氏体病昆虫的特征
　　

虱子被普氏立克次氏体和斑疹伤寒立克次氏体感染后不出现初期的症状，但在感染的过程中，肠壁遭到不可恢复的损害。在死亡前的几小时，由于吸进的人体的血液进入虱子的血腔，虱子变为微红色。跳蚤感染麻疹伤寒立克次氏体后，行动迟缓并且死亡，但不变红。
　　

昆虫如何保命？

昆虫世界时时刻刻充满挑战和危机，它们需要到处寻找食物，和同类争抢配偶，小心躲避天敌……任何一个环节出现问题，昆虫都很可能死亡。
因此，在如此瞬息万变的生存环境中，昆虫受伤或感染上寄生微生物而生病也是在所难免。

但是，昆虫里可没有专门“治病救人”的医生，为了尽可能地生存下去，它们不得不学会一些保命“医术”，以备不时之需。
　　

我们知道防止自己生病的关键步骤就是做好预防，因此，有一个强壮的身体可以很好地减少疾病的发生。昆虫也是如此，它们从外到内“武装”自己以增强自己的抗病能力。
　　

昆虫的体壁是体躯的最外层组织，是虫体内部器官和外界环境之间的保护性屏障，既能防止体内水分的蒸发，又能防止病原物等的侵袭。而且大多数的昆虫表皮中都含有酚类物质，其中多元酚及其氧化酶不仅在昆虫表皮硬化和暗化过程中起重要作用，它们还与昆虫的伤口愈合有关。
　　

人类血液中的白细胞在免疫反应中担任着重要的角色，昆虫的血液中虽然没有白细胞，但是却有同样起防卫作用的浆血细胞和粒血细胞。浆血细胞是一类形态多样的吞噬细胞，它们的主要功能就是吞噬异物。

有些昆虫还会产生“抗菌蛋白质”来消灭病菌，起到很好的防御作用，苍蝇就是很好的例子。苍蝇是一类很神奇的生物，它们经常出没于垃圾堆、粪便、臭水沟、腐烂的动植物尸体等充满致病菌的地方，但是满身带菌的它们却很少生病。苍蝇有这么好的抗病体质，除了有副好肠胃，可以快速进食、消化和排便外，还有就是它们体内能够产生抗菌活性物质。
　　

研究发现，苍蝇的吃饭方式是“一边吐、一边吃、一边拉”，在7~11秒内将营养物质全部吸收完毕，与此同时又将废物连同病菌迅速排出体外。在细菌还没来得及“繁殖子孙”、制造疾病之前就已经逐出体外。所以，苍蝇不会得病。
　　

病菌对人是有害的、致病的，但对苍蝇来说却是无害，不是致病菌。就好比人类身上以及消化道里也有几百亿个甚至更多的细菌一样，它们中的大多数对人是无害的，不会使人致病。这是细菌与苍蝇等媒介昆虫之间在长期进化过程中形成的一种适应。进一步的研究表明，在苍蝇的体内有一种特殊的免疫能力。因为有的病菌繁殖速度也相当快，甚至可以在3~5秒内完成繁育后代。当这些病菌浸入苍蝇体内，威胁着它的机体健康时，它的免疫系统就会立即释放出两种免疫蛋白来抵抗，它们分别是BF64球蛋白和BD2球蛋白，这两种免疫蛋白可以说是苍蝇体内的“跟踪导弹”。当它们从免疫系统发射出来以后，就能自动寻找病菌，并引起爆炸，与“敌人”同归于尽。而且这两种球蛋白，一般都是连手对敌，一前一后，寻找目标。如果体内侵入的病菌太多，免疫系统产生的“跟踪导弹”也会增加，不断地向目标射去，就像机关枪的子弹，直到把细菌完全彻底地消灭干净为止。“跟踪导弹”的杀菌素大得多，因此苍蝇的抗病力极强，不易得病。科学家对苍蝇进行研究后，发现BF64、BD2比青霉素的杀菌力还强千百倍，如果有朝一日从苍蝇体内提取这两种球蛋白，那么，这将会造福人类。
　　

当然，除了自身有很好的抵抗力外，一些蚂蚁还会在其巢穴中掺入来自云杉树的树脂以抵御病原微生物。
　　

如果上面这些方法都没能阻止昆虫生病的话，它们就会使用另外的治病办法。

隔离
　　

当传染性疾病发生时，隔离患者是必须采用的手段。过着集体生活的蚂蚁们似乎也懂得这个道理。瑞士洛桑大学的科学家在使用自动化跟踪系统研究黑毛蚁时发现，当出门觅食的工蚁感染绿僵菌的孢子后会主动延长在巢外逗留时间并减少与其他蚂蚁的接触。黑毛蚁可以检测到真菌孢子的存在并迅速作出反应，把自己“隔离”起来，避免与同伴接触传播孢子。

吃药

人们生病了可以通过药物进行治疗，而生活在自然界的昆虫也找到了一些具有抗病作用的“药品”。芬兰赫尔辛基大学的生物学家在实验室中用两种不同的食物喂养丝光蚁，一种为纯蜂蜜，另一种为含有过氧化氢（有毒性但可以杀死真菌）的蜂蜜。研究发现，当丝光蚁感染球孢白僵菌时，它们会更多地选择食用含有过氧化氢的食物，这使它们感染病菌的死亡率从60%降到了45%。果蝇在被蜂类寄生后，会通过摄入酒精来进行自我治疗。它们可以从腐烂的水果中获取酒精，如发酵的香蕉（含有的酒精含量可能比一瓶酒还要多）。果蝇通过这种在体内积累大量酒精的方式，可以在一定程度上杀死寄生蜂的卵或幼虫并把它们清除出去。同样，一些毛毛虫在被寄生蝇寄生后通过食用含有生物碱的植物叶片也可以达到治疗的目的。当美洲东部熊蜂感染肠道寄生虫时，它们会花费比平时多3倍的时间去吸取含有环烯醚萜苷的植物的花蜜，这有助于延缓疾病的发展。