当生活在大豆植物上的、毛茸茸的黄铜色虫子——Lagria甲虫——产卵时，它们会用特殊的汁液保护卵。母体生殖器官附近的一组腺体将共生细菌涂抹在卵块上。随着卵的生长，有益细菌会产生化学物质，就像自制的抗真菌乳膏一样，抵抗霉菌和其他有害微生物。
当这些幼虫孵化出来时，它们将终生携带这些细菌，雌性会将它们传递给自己的卵。但Lagria甲虫会经历变态：它们会消失在蛹中，然后以全新的身体出现。那么，它们在蜕变过程中如何保留它们的细菌伙伴呢？根据本周发表在《生理学前沿》杂志上的一项研究，两种Lagria幼虫的背部已经进化出了“口袋”，这些口袋可以在蜕变的剧烈过程中储存细菌。
许多昆虫依赖微生物进行防御，甚至调节其行为。因此，它们反复进化出了携带这些伙伴度过一生的工具。“有很多独特的结构[用于携带共生体]，”该研究的首席作者，德国美因茨约翰内斯·古腾堡大学生态学博士生 Rebekka Janke 说。一种被称为蜜蜂狼的食肉黄蜂，会将其后代接种储存在触角中的细菌。卷叶象鼻虫会将细菌藏在腹部的囊中。“但这总是发生在成年阶段，”Janke 说。在其他昆虫中，幼虫甚至会将细菌储存在环境中，然后在成年后重新获取。“但Lagria甲虫不需要住所，也不需要任何地方来储存它们。它们总是有它们陪伴。”
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“这是一个很好的例子，说明宿主如何创新来支持它们的微生物伙伴，”加州大学欧文分校研究共生关系的 Tobin Hammer 说，他没有参与该论文。“像这样的共生体可以为宿主提供有用的服务，但它们也往往很脆弱。”
研究Lagria甲虫的细菌（称为Burkholderia）尤其具有挑战性，因为研究人员一直无法在实验室中培养这些细菌。“我的导师尝试培养[共生体]，我也尝试培养，然后另外两名学生也尝试培养，还有一位博士生现在也在尝试，”Janke 说。因此，他们将微小的发光珠子放入这些口袋中，以便在昆虫的整个生命周期中进行观察。
到了蜕变的时候，Lagria甲虫的幼虫会藏在大豆植物下方的落叶中。大约六天，“它们只是在那里躺着，身体仍然相对呈白色，”Janke 说。“它们没有茧，只是一个有点软的东西。”在里面，它们正在长出腿、生殖器和翅膀。但随着这种转变的发生，口袋仍然留在蛹的外部，保护着细菌伙伴。当成年甲虫完全成形时，蛹的背面会沿着携带细菌的线裂开。“然后甲虫爬出来，共生体就转移到全身。”
Janke 表示，目前尚不清楚这些明显无法自行移动的细菌是如何最终在成年雌性的腺体中定植的。但这些微生物如此不活动，并且除了在甲虫体内之外难以在任何地方饲养的事实，表明虽然甲虫改变了它们的身体来携带细菌，但这些微小的伴侣正在变得完全依赖甲虫提供的栖息地。“作者使用乳胶珠进行的实验表明，宿主在控制共生体去向和时间方面发挥了多大的作用，”Hammer 指出。
其他类似的细菌并非如此专业化。Janke 说，该团队已成功培养出一种有时出现在甲虫中但更常见于大豆植物本身的病原体的相关菌株。Janke 还表示，成年甲虫也可能在进食时获得一些共生体。“了解这些口袋是否会带来生态成本也很有趣，”Hammer 指出。“例如，在野外，它们可能会被寄生虫或病原体劫持以进一步传播。”
这或许就是这种合作关系最初的进化方式：在吃大豆植物时近距离接触后，甲虫可能收养了一只“看门狗”，而细菌则搭乘便车从一株植物传到另一株植物。Janke 说，尽管昆虫会付出一切努力来保护它们的细菌，“共生体如何从宿主那里获益这一点总是有些不清楚。”
