研究發現同型巴蝸牛或有助于防治咖啡葉銹病

撰文:FOREST RAY
 
研究發現同型巴蝸牛或有助于防治咖啡葉銹病
兩只同型巴蝸牛在感染葉銹菌的咖啡葉上爬行。
動畫:ZACHARY HAJIAN-FOROOSHANI
 
  如果你認為夏令時對你早晨的警覺性影響最大,那么也許你應該考慮一下咖啡葉銹病。
 
  咖啡葉銹菌是全球最具經濟破壞力的咖啡危害。自20世紀80年代以來,美洲偶爾會爆發咖啡葉銹病,對咖啡生產產生了嚴重影響,導致咖啡價格有時翻倍,有時甚至翻三倍。自2008年以來,咖啡葉銹病的嚴重程度持續升級,為了解決這一問題人們投入的資源也大幅增加。
 
  為控制這種最具經濟破壞力的咖啡害蟲,一項新發現提供了一種有趣的可能性——蝸牛。密歇根大學安娜堡分校最近的一項研究表明,同型巴蝸牛(Bradybaena similaris)可在咖啡葉銹病對咖啡植物造成損害之前吃掉大量咖啡葉銹菌。把一只蝸牛放在一片布滿咖啡葉銹菌的葉子上,它可以在24小時內吃掉30%的葉銹菌。
 
  雖然咖啡葉銹菌有已知的捕食者和病原體,但腹足類動物(蝸牛和蛞蝓)卻從未被列入其中。目前也有有限的證據表明蛞蝓會進食其他類型的植物真菌。這似乎也是人類首次發現同型巴蝸牛改變飲食習慣:從植物轉變為真菌。
 
  然而,這種潛在的生物控制方式(一種利用其他生物管控害蟲的策略)存在一定的缺陷。同型巴蝸牛是典型的入侵性害蟲,同時還是一種農作物害蟲。不過,研究人員似乎偶然發現了一種方法,可使同型巴蝸牛將其飲食對象集中在咖啡葉銹菌上。
 
橙黃色的蝸牛糞便
 
  2016年,密歇根大學的博士生Zachary Hajian-Forooshani與顧問John Vandermeer及Ivette Perfecto一起在波多黎各的中央山脈進行實地研究,期間他們在綠色的咖啡葉背后發現了附著的橙黃蝸牛糞便。糞便的顏色與咖啡葉銹病的顏色看起來完全相同。
 
  出于好奇,研究者們收集了同型巴蝸牛和本地的Bulimulus guadalupensis蝸牛樣本,這兩種蝸牛經常一起棲息在咖啡葉上。在控制的實驗室環境下,研究小組讓兩只蝸牛分別在一片感染咖啡葉銹病的咖啡葉上度過一夜。24小時后,只有同型巴蝸牛清除了咖啡葉子上的葉銹菌。
 
  第二年,研究小組又回到同一個咖啡種植園進行補充實驗。在這次采集蝸牛的過程中,他們發現了大量的真菌寄生菌——蠟蚧輪枝菌,人類已知的葉銹菌的天敵。這種現象讓研究者們不禁思考同型巴蝸牛是否同時吃掉了葉銹菌和其天敵——后者被視為一種重寄生菌。
 
研究發現同型巴蝸牛或有助于防治咖啡葉銹病
左邊是感染了咖啡葉銹菌的典型咖啡葉,旁邊的葉子顯然被蝸牛清除了橙黃色的葉銹菌孢子。右邊葉子的左側邊緣可以看到一串橙色的蝸牛糞便。
攝影:ZACHARY HAJIAN-FOROOSHANI
 
  不過,要想破解三者之間的關系很困難。帶有更多銹斑的咖啡葉上也有更多的蠟蚧輪枝菌。因此,蝸牛可以通過葉銹菌消除饑餓,而蠟蚧輪枝菌只是旁觀者,或者蝸牛以二者為食。
 
  因此,研究小組收集了感染了葉銹病的咖啡葉,但這一次還采集了一些含有蠟蚧輪枝菌的葉子。于是,他們再次把蝸牛和咖啡葉一起放在黑暗的容器中24小時。
 
  對同型巴蝸牛食性的統計分析表明,同型巴蝸牛明顯偏好既有葉銹菌又有蠟蚧輪枝菌的咖啡葉。此外,當咖啡葉上的蠟蚧輪枝菌更多時,同型巴蝸牛似乎會吃掉更多的葉銹菌。
 
  Hajian-Forooshani解釋說,當身處新異環境時,許多生物會改變自己的行為方式。
“考慮到世界各地害蟲的自然涌現的現象,以及全球各地生態群落中的入侵物種和生物防控因子不可預見的相互作用,上述觀點被普遍認為是實際情況。” Hajian-Forooshani說。
 
集團內捕食
 
  咖啡葉銹病、同型巴蝸牛和蠟蚧輪枝菌之間的關系可能是一種“集團內捕食”現象——捕食者吃掉被病原體感染的獵物。理論研究表明,集團內捕食可以有效地預防害蟲爆發。
 
  這種集團內的相互作用可能會使重寄生菌的種群數量保持穩定,從而起到更好的長期控制或抑制咖啡葉銹病的效果,加州大學圣克魯茲分校的教授Stacy Philpott說,他專門從事農業生態學、生物多樣性和咖啡害蟲生物控制研究。
 
  “這可能是同型巴蝸牛扮演的重要生態角色。” Philpott說,她沒有參與這項研究。她的實驗室通過螞蟻和兩種以咖啡植物為食的昆蟲——蚜蟲和介殼蟲之間的關系,發現了一個類似的保護咖啡的“集團內捕食”現象。
 
  介殼蟲和蚜蟲都以咖啡植物為食。反過來,螞蟻通過這些昆蟲獲取糖分,防止它們被其他捕食者吃掉。雖然這聽起來對咖啡無益,甚至農民們經常錯誤地認為這些蟲子是有害的,但這些螞蟻經常會攻擊其他更具破壞性的食草動物,最終對咖啡植物而言利大于弊。
 
  具有諷刺意味的是,同型巴蝸牛通過捕食咖啡葉銹菌可為農業帶來益處,而這種蝸牛卻被認為是一種具有較大危害的農業害蟲,在全球各地以柑橘類作物、葡萄、豆類、卷心菜和芥菜為食。出于這個原因,在接受本篇報道采訪的研究人員中,所有人都建議在探索使用同型巴蝸牛作為生物害蟲防治劑時要非常謹慎。
 
  目前,研究者對同型巴蝸牛可能會給生態系統帶來什么影響知之甚少。例如,同型巴蝸牛同時進食重寄生菌和葉銹菌,但如果進食太多會出現什么情況?這會導致葉銹菌比之前繁殖的更快,進而破壞咖啡種植園的生態系統嗎?
 
  “傳統的害蟲防治方法往往沒有考慮其中的復雜性,進而導致重大的自然災害,” 加州大學圣克魯茲分校的農業生態學者Esteli Jimenez-Soto說,他的研究同時關注咖啡和生物防治措施。目前還不清楚這種“集團內捕食”生物防治僅適用于波多黎各境內,還是適用于所有情況。
 
  Hajian-Forooshani說,未來研究者將進行實地調查,以評估波同型巴蝸牛捕食咖啡葉銹菌的現象在多黎各和整個拉丁美洲的普遍程度。
 
  在上一次拜訪波多黎各期間,研究者們注意到一些種類未知的蛞蝓,它們體內似乎存在咖啡葉銹菌孢子,而且它們也留下了橙黃的排泄物。看起來咖啡葉銹菌被腹足類動物廣泛食用的可能性比之前認為的要大,而且這種現象直到現在才被科學發現。
 
  另一個重要問題是,同型巴蝸牛吃掉的咖啡葉銹菌孢子被排出體外后是否還能存活。如果這些孢子能夠存活并繁殖,那么同型巴蝸牛的捕食行為可能對咖啡農場主(和咖啡飲用者)就沒有多少益處。
 
  不過,如果新發現確實導致了一種可行的生物害蟲防治的產生,那么一定會很受歡迎。其他咖啡葉銹病的防治方法必須不斷地進行微調,才能跟上葉銹菌對殺蟲劑和殺菌劑產生抗藥性的速度。這可能就是同型巴蝸牛的優勢所在。
 
  “培養避免被吃掉的能力是一個挑戰。” Hajian-Forooshani說。
 
(譯者:流浪狗)
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