3D扫描展示甲虫的背上有秘密细菌口袋

两种食大豆的甲虫已经形成了“口袋”，可以在它们变态时储存有益细菌。

年轻的 Lagria 甲虫已经开发出一种方法来保持有益细菌，即使它们的整个身体都发生了转变。uzzy / 生命百科全书

当

Lagria

甲虫（一种生活在大豆植物上的毛茸茸的黄铜色虫子）产卵时，它们会用特殊的汁液保护它们。母体生殖器官的一组腺体用共生细菌涂抹离合器。随着卵子的生长，有益细菌会产生反抗霉菌和其他有害微生物的化学物质，例如自制的抗真菌霜。

当这些婴儿孵化成幼虫时，它们的余生都会随身携带细菌，而雌性会将它们传给自己的卵。但是 Lagria 甲虫经历了变态：它们会消失在蛹中，并以全新的身体出现。那么他们如何在转化过程中挠住他们的细菌伙伴呢？依据本周发表在《

生理学前沿

》杂志上的一项研究，两种

Lagria

幼虫在它们的背上形成了“口袋”，通过变态的破坏来储存细菌。

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许多昆虫依靠微生物进行防备，甚至调剂它们的行为。因此，他们不断进化出工具，让这些伙伴度过一生。“有许多特殊的结构[用于携带共生体]，”该研究的主要作者、德国美因茨约翰内斯古腾堡大学生态学博士生 Rebekka Janke 说。一种被称为蜂狼的掠食性黄蜂用储存在其触角中的细菌接种其后代。卷叶象鼻虫把细菌塞进肚子上的袋子里。“但这总是在成人阶段，”詹克说。在其他昆虫中，幼虫甚至将它们的细菌躲在环境中，并在成年后再次捡起它们。“但拉格利亚甲虫不需要庇护所，也不需要任何地方来存放它们。他们总是带着他们。”

“这是宿主如何通过创新来支持其微生物伙伴的一个很好的例子，”在加州大学欧文分校研究共生体的 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。”

研究称为伯克霍尔德氏菌

的Lagria 甲虫细菌特别具有挑战性，因为研究人员一直无法在实验室中培植这种细菌。“我的导师尝试培植[共生体]，我尝试培植它，然后另外两个学生尝试培植它，我们还有另一个博士。现在谁在尝试，”Janke 说。因此，他们将微小的发光珠子放在口袋里，以便在昆虫的整个生命周期中看察它们。

当需要经历变态时，Lagria 甲虫幼虫会隐躲在大豆植物下的落叶中。大约有六天时间，“它们只是在四周躺着，而且它们仍然相对发白，”Janke 说。“他们没有茧，只是有点软。” 在里面，它们正在长出腿、生殖器和翅膀。但是随着这种转变的发生，这些口袋仍然在蛹的外部，保护细菌伙伴。当成年甲虫完全成型时，蛹的背部沿着携带细菌的线裂开。“然后甲虫爬出来，然后将共生体转移到全身。”

Janke 说，目前尚不清楚这种没有明显自行移动方式的细菌是如何最终在成年女性的腺体中定殖的。但事实上，这些微生物是如此固定不动，而且除了甲虫之外的任何地方都难以饲养，这表明虽然甲虫已经塑造了它们的身体来携带细菌，但这些微小的同伴正在成长为完全依靠于甲虫提供的栖息地。“作者使用乳胶珠进行的实验表明，宿主在多大程度上负责共生体的往向和时间，”Hammer 指出。

其他类似类型的细菌并不那么专业。Janke 说，该团队已经成功培植出一种相关菌株，这种菌株有时会出现在甲虫身上，但更常见的是大豆植物本身的病原体。Janke 说，成年甲虫在进食时也可能会吸取一些共生体。“知道这些口袋是否伴随着生态成本也会很有趣，”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自身。”

也许这就是这种伙伴关系最初的演变方式：在食大豆植物时擦肩而过后，甲虫可能已经收养了一只看门狗，而细菌则在植物之间穿行。Janke 说，尽管昆虫会竭尽全力保护其细菌，“共生体如何从宿主中受益总是有点不清楚。”

Lagria

属包含分布在世界各地的大约 800 种甲虫。只有成年雌性甲虫携带共生细菌，它们会分泌对真菌有毒的化学物质。在成年甲虫中，细菌生活在昆虫输卵管四周的特殊腺体中，卵在那里出现。当甲虫产卵时，细菌会沉积在鸡蛋表面；当卵孵化时，细菌会转移到它们的新甲虫宿主身上，并在成年后一直陪伴它们。

但是

拉格利亚

甲虫的生活经历了一些极端的转变。它们从卵中以蠕虫状幼虫的形式出现，然后长成不动的卵状蛹。Flórez 说，在蛹内部，甲虫幼虫“摆脱了它们（体内）的许多东西并重建。” 在蛹期结束时，成年甲虫完全形成。

那么细菌如何通过这些重大的生命转变与甲虫保持联系呢？

为了解决这个问题，研究人员用厚度仅为 1 微米的微小荧光塑料珠覆盖了新化蛹的甲虫。（相比之下，人类头发的厚度为 17 到 180 微米。）甲虫从蛹中出来后，所有的珠子——共生细菌的替代物——都聚集在甲虫腹部的尖端。研究人员怀疑，甲虫爬出时与蛹壳摩擦产生的摩擦将细菌推向腹部。一旦细菌进进甲虫身上的新家，它们就可以被放置在下一代

拉格里亚

甲虫身上。

但是这些有益的细菌是从哪里来的呢？当您想到共生细菌时，

您可能会想到肠道或其他动物

消化系统中的细菌。Flórez 认为，由于蛹内部发生的所有转变，

Lagria

甲虫与这些细菌形成了外部共生关系。Flórez 阐明说：“假如你是一个在内部且高度整合的共生体，你可能会迷失”，因为甲虫幼虫会分解并重建其整个身体。

Lagria

甲虫并不是唯一进化出这种适应性的昆虫。Flórez 说，切叶蚁还在外骨骼口袋中携带共生细菌，还有一种象鼻虫在特殊口袋中携带酵母。

Flórez 说，尽管这项新研究阐明了细菌是如何从蛹袋进进甲虫腹部的，但研究作者还有一些问题。例如，进一步的研究可以显示细菌实际上是如何进进甲虫的腺体的，细菌如何保护甲虫免受真菌侵害，以及细菌是否也能提供对动物捕食者的保护。