这种丑陋的真菌会让蝉变得异常性活跃

“我们可能根本不会尝试交配。我们只会觉得难受,然后躺下死去。”
an infected periodical cicada with a white fungal plug on its abdomen
长着白色菌塞,看起来像撒了粉的橡皮糖的蝉是蝉拟青霉菌感染的明显迹象。Matt Kasson

在我们等待今年春夏季“蝉灾”——数万亿只蝉将在美国南部和中西部涌现——的时候,一些蝉可能面临着一种听起来“科幻感十足”的困境。一种只感染这些周期性蝉的性传播真菌病原体,名为 Massospora cicadina,能够像“傀儡师”一样控制它们。它会感染蝉,使其变得性欲亢进,并在最终死亡之前感染其他蝉。

腹部被真菌刺穿

Massospora cicadina 会影响即将在未来几周和几个月内出现的两种周期性蝉。即将出现的 第 XIII 龄群——北伊利诺伊州蝉群——自 2007 年以来首次出现,分布在印第安纳州、威斯康星州、爱荷华州和伊利诺伊州北部部分地区。而 第 XIX 龄群——南部大蝉群——的一部分将与第 XIII 龄群重叠。南部大蝉群上次出现是在 2011 年,主要分布在阿肯色州、密苏里州、田纳西州、阿拉巴马州、乔治亚州、北卡罗来纳州、南卡罗来纳州和伊利诺伊州南部。

当它们出现时,蝉会 蜕皮变成成虫。在一到十天内,这种真菌会刺穿它们腹部的后部。科学家们仍然不确定蝉在其生命周期的哪个阶段可能最初感染 Massospora cicadina ,但普遍的假设是它们在从地下爬出来的过程中被感染了。 

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根据西弗吉尼亚大学的真菌学家 Matt Kasson 的说法,受感染的蝉看起来身上覆盖着“像被淋湿后又滚了粉的橡皮糖”。

“如果你看一个被真菌感染的蝉,你会发现它的身体后部基本上被这种白垩状的白色菌塞取代了,”Kasson 告诉 PopSci。“现在,如果你的腹部被真菌刺穿,或者身体三分之一被某种寄生虫取代,你probably 感觉不会很好。你可能根本不会尝试交配。你只会觉得难受,然后躺下死去。”

infected cicada with a chalky white fungal plug on its abdomen
2021 年在弗吉尼亚州伍德布里奇收集到的一个第十龄群 17 年期蝉,被真菌感染。图片来源:Matt Kasson。

然而,受感染的蝉尽管生殖器被真菌吞噬,但仍然像没事一样飞来飞去。它们之所以能这样做,是因为真菌让它们进入了 持续清醒期——一种耐力增强的时期

“关于这种持续清醒期的一个 假设是,真菌正在产生一种叫做卡西酮 (cathinone) 的安非他明,”Kasson 说。Kasson 表示,这种物质类似于一种常见的合成兴奋剂,存在于“由于其引起的攻击性而被禁用的‘非法浴盐’中”。 

悄无声息的真菌“傀儡师”

它会让蝉表现出性欲亢进,雄蝉会继续试图与雌蝉交配但徒劳无功,同时还会模仿雌蝉的行为来吸引其他雄蝉与之交配。这会使最终受感染的蝉的数量翻倍,这就是为什么它被认为是性传播的。 

Massospora cicadina 能够让宿主存活更长时间以最大化感染蝉的数量,这使其成为一种生物营养体。它不像 Ophiocordyceps unilateralis 真菌那样,这种真菌会 控制蚂蚁并让它们像僵尸一样行动,也不像电视剧和电子游戏《最后生还者》(The Last of Us) 中的虚构真菌那样,以戏剧化的方式爆发。 

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“这是真菌的一个诡计,就像一个傀儡师,”Kasson 说。“它操纵着线,以最大化自身的生存。”

如果环境条件完美,感染率可能达到蝉群的 20%,但一些较早的研究表明,它影响了给定蝉群中约 5% 的蝉。 

优化其基因组

Massospora cicadina 首次发现于 19 世纪中后期。由于周期性蝉每 13 或 17 年才出现一次,研究这种真菌非常困难。它也无法在培养皿中培养,因此真菌学家可供研究的时间窗口非常有限,而且仍然不确定它来自哪里。 

2016 年,第 V 龄群在美国西弗吉尼亚州 Kasson 办公室附近出现,他的一些研究生建议他们寻找这种真菌的迹象。他们得以 对其基因组的一部分进行测序,以了解它为何如此特别。他们发现的是迄今为止测序过的最大真菌基因组,约有 15 亿个碱基。

a periodical cicada standing on a leaf. the bug has a white fungal plug showing it is infected
一只被真菌病原体 Massospora cicadina 感染的周期性蝉。图片来源:Matt Kasson。

“它比人类平均基因组大 20 倍左右,而且大部分是被称为转座子的重复序列,”Kasson 说。

这表明 Massospora cicadina 在数百万年来一直与蝉一起 优化其基因组。这种真菌和昆虫似乎共同进化,以便它能以特定方式操纵宿主,而不是杀死它,而是确保自身的生存。根据 Kasson 的说法,他们关于这种共同进化的数据尚未发表,但显示出一些有趣的进化动力学。 

“我们看到的是一个模式,基本上蝉与真菌一起平行进化,”Kasson 说。

Massospora cicadina 不会传染给人类,但避免 食用 任何腹部带有白色、粉状菌塞的蝉是明智的。受感染的蝉不会带来任何欣快感或兴奋感,但含有多种毒素,如果食用可能会有危险。 

“我们发现了 1000 种其他化合物,其中一些是已知的真菌毒素,”Kasson 说。“所以,如果你考虑食用这些蝉身上的真菌,请谨慎行事。”

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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