3D 模型揭擬金花蟲蛹殼口袋益生菌如何移植至成蟲

擬金花蟲屬 (Lagria) 甲蟲蛹殼有個口袋，當中蘊藏對其生存非常重要的共生細菌——這些共生細菌可以保護幼蟲與蛹免受潛在致命真菌的侵害。當成年甲蟲破蛹而出時的摩擦，會將細菌從這些口袋中推到甲蟲腹部的腺體中。

學界已經知道這些細菌主要是一種稱為伯克氏菌 (Burkholderia) 的細菌，但尚不清楚細菌是如何最終進入甲蟲腺體中。最新刊於《生理學前沿》的研究則指，通過觀察成年甲蟲從蛹中出現時發生的情況、掃描蛹並建構 3D 模型，揭示了這種共生關係缺失的步驟。

有參與研究的哥本哈根大學生物學家 Laura Victoria Flórez Patino 指出，真菌是大多數昆蟲的主要天敵，特別是生活在落葉層中的昆蟲，真菌確實是一種威脅。因此，了解這些甲蟲如何在整個生命週期中保持保護性細菌是很重要的。

擬金花蟲屬包含分佈在全各地的大約 800 種甲蟲，但只有成年雌性甲蟲攜帶共生細菌，這些細菌會分泌對真菌有毒的化學物質。在成年甲蟲中，細菌生活在昆蟲輸卵管附近的特殊腺體中，當雌性產卵時，細菌會沉積在卵的表面；當卵孵化時，細菌會轉移到新生宿主身上到成年後一直存在。

不過擬金花蟲屬的生活會經歷一些極端變化：牠們從卵孵化後會以蠕蟲狀幼蟲的形式出現，然後長成不動的卵狀蛹。  Flórez 指，在蛹內部幼蟲會徹底擺脫原有身體，重構自己的形態。到蛹期結束時，成年甲蟲就會完全形成。

細菌到底如何通過這些重大的生命變化繼續存在於甲蟲身上呢？

為了解答這問題，團隊用厚度僅為 1 微米（人類頭髮的厚度為 17 到 180 微米）的微小螢光塑膠珠覆蓋了新化成蛹的甲蟲，以模擬共生細菌在甲蟲破蛹而出的摩擦情況。結果顯示，膠珠最終都會聚集在成年甲蟲腹部的末端。團隊懷疑，甲蟲爬出時與蛹殼產生的摩擦將細菌推向腹部，一旦細菌進入甲蟲身上的「新家」，牠們就可以在下一代擬金花蟲屬身上生活。

但是這些有益的細菌是從哪來的呢？由於蛹內部發生的所有變化，擬金花蟲屬與這些細菌形成了外部共生關係。 Flórez 解釋，如果是一個在內部且高度整合的共生體，伯克氏菌可能會因為甲蟲幼蟲分解過程而消失。

擬金花蟲屬並不是唯一一類演化出這種適應性的昆蟲。例如切葉蟻在外骨骼口袋中攜帶共生細菌，而一種象鼻蟲在特殊口袋中攜帶酵母。

Flórez 指出，雖然研究闡明了細菌是如何從蛹袋進入甲蟲腹部，但當中還有一些問題，不論是細菌實際上是如何進入甲蟲的腺體的、細菌如何保護甲蟲免受真菌侵害，還有細菌是否也能提供對其他獵食者的保護，都需要後續的研究釐清。

來源：

Live Science, 3D scans reveal that beetles have secret pockets on their backs

報告：

Jake, R.S., Moog, S., Weiss, B. & et al. (2022). Morphological adaptation for ectosymbiont maintenance and transmission during metamorphosis in Lagria beetles. Front. Physiol., 30 August 2022. doi: 10.3389/fphys.2022.979200

文／AC