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奇特钻孔甲虫的秘密武器:“剽窃”细菌基因

为了享受一杯可口的拿铁咖啡或者是一杯气泡翻滚的浓咖啡,接触一下你的最大敌人:咖啡浆果钻孔甲虫。这种微小的害虫只有几毫米长,能够损害整个咖啡收成。它影响了超过2000万农业家庭,每年能够造成总计五亿美元的损失,随着全球变暖损失仍在增加。
甲虫和咖啡浆果
但这不完全是由甲虫自己造成的,它拥有一项秘密武器,是从一位不知情的同谋者那里偷来的。里卡多-阿库尼亚已经发现甲虫的祖先从细菌那里剽窃了一种基因,很可能是存活于它内脏的那些细菌。这种基因现在成了永久的借出品,帮助昆虫消化咖啡浆果中的复杂糖类,或许这也是昆虫遍布全球的关键。细菌定期的交换基因,而且这样做对它们有利。交换基因能让它们在新环境中繁殖,避开抗生素的攻击,或者发动致命的感染。
像动物或者植物这些更加复杂的生物中,这种基因水平转移更加罕见。就在最近许多例子都大白于天下。轮虫类从真菌、细菌和植物中偷取基因。一种沃尔巴克氏体属细菌把自己全部基因注入了一种果蝇基因中。而且一些寄生虫能够把它们的基因传递给人类。“太空侵略者”基因在诸如蜥蜴和婴猴动物之间传递。
但是即使科学家们发现了这样的案例研究,它们能被归咎于基因交换的一种特殊功能。这些物种或许正在交换DNA,但是有什么目的呢?在一些罕见的案例中,我们找到了答案。胡蜂通过从古老的病毒偷取的基因制造生化武器。在另一个案例中,真菌的基因影响了昆虫的颜色。而且在所有案例中最著名的是基因从一种细菌传递到另一个生命史上最重要的联盟。阿库尼亚为这个独特的清单增加了成员。在他的研究中,这种从细菌传递到甲虫的基因在它的新身体中有着明确的目的。
甲虫在咖啡浆果内部产下卵,而且它的幼虫别的什么都不吃。这些浆果含有60%的糖类,这些幼虫靠糖分生存,它们需要完全消化这些化合物。为了了解它如何做到的,阿库尼亚把甲虫内脏那些各种各样的基因进行分类。HhMAN1基因是其中之一,主要有两个原因。首先,它产生了一种名为甘露聚糖酶的蛋白质,能够分解半乳甘露聚糖,它是豆类中的只要糖类之一。第二,昆虫们不会产生甘露聚糖酶。
事实上,阿库尼亚发现,相比于植物、真菌或者动物中的类似基因,钻孔甲虫的基因与细菌中的基因有着更相近的关系。他确定HhMAN1基因来自甲虫自己的基因组,而不是来自它内脏的细菌,因为它的直接同胞是典型的昆虫基因而不是细菌的。
事实上,这些同胞基因能够自主从它们的主基因组中分离出来而且把它们自己粘贴到别的地方。这些跳跃基因或许首先偷带了细菌基因进入甲虫的DNA。一到那里,这种基因为甲虫建立了一种重要的优势。全世界的咖啡浆果钻孔甲虫,包括从亚洲到拉丁美洲的,全部都有HhMAN1基因,而其它临近种族的甲虫并不拥有。这表明这种基因在成为世界范围的咖啡灾害之前就找到了进入甲虫基因组的方法。阿库尼亚认为这种基因激活了甲虫的世界之旅,它让昆虫在它选择的宿主中消化最普通的糖类,让昆虫成为了全世界咖啡种植者和爱好者的祸害。
 

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