不止是一场比赛,一场植物体内的军备竞赛

世间生物,有生有死。我们人类、动物和植物都有相同的结局,那就是生命终结。如果失去了生命,我们这些高级生物的身体眨眼间就会成为无数微生物的猎物。这个严肃的事实…

世间生物,有生有死。我们人类、动物和植物都有相同的结局,那就是生命终结。

如果失去了生命,我们这些高级生物的身体眨眼间就会成为无数微生物的猎物。

这个严肃的事实告诉我们,动植物活着不过是与微生物作斗争。

我们肉眼可见的宏观世界看起来像是一个多细胞生物的王国,各种飞禽走兽,炫目多彩的植物将地球点缀的生机盎然。但是,如果你从田间提取约1克土壤,里面大约有100万种微生物,数量可达20亿,微观的世界远远比肉眼可见的世界更精彩。

在仅几克的土壤中,微生物的数量与世界上人类的数量一样多,这些看不见的微生物每天都在侵袭动植物。

平日里,植物给人类的影响是静默地,它们在阳光下平静生活,生老病死,悄无声息。但是如果有显微镜放大它们的细胞,就会发现无数的微生物正在入侵植物,这些看似静默的植物每天都会发动战争。

近年来,随着生命科学的发展,植物与微生物之间的这种斗争逐渐在分子水平上显现,植物的形象不再是静态,而是富有动感,植物体内的战斗微妙而令人惊讶。

侦查与反侦察

知己知彼,百战不殆,一场战斗首先要做的就是侦查,监视敌方动态。在进化过程中,植物产生了类似“监视器”的功能,使用分子级别的监视器,植物细胞就可以找到试图入侵植物的病原微生物。

当病原体像往常一样试图销毁这些“监视器”时,大举入侵时,就会触发警报,引起植物细胞内的其他应激反应。

与哺乳动物产生的可以识别单种病原微生物的特异性抗体的作用方式不同,植物产生的报警器可以无需区分和识别单个敌人即可发起无差别防御反应。换句话说,植物通过在关键位置设置监视器并检测入侵异常,可以通过单个设备共同防御不同类型的敌人。

弃车保帅

植物每天都受到各种病原体的攻击,如果遇到危险性可以忽略的病原体,植物正常的防御策略可能是加强细胞壁或分泌排斥病原体的抗菌物质。

但是,有些聪明的病原体针对特定的植物制定出特定的感染机制,在这种情况下,一般的防御策略已经失效。

对于这种强大的敌人,植物选择了一种杀敌一千,自损八百的防御方式,即当受到这种病原体的攻击时,植物会通过主动使自身细胞死亡的生物防御反应来消灭敌人。

也就是说,在病原体入侵的位置,植物细胞在产生抗菌物质的同时,被入侵的细胞以及周围的细胞会主动选择死亡,以达到消灭病原体的目的。虽然植物细胞遭受相当大的损失,但是会对敌人造成更大的损失,迫使其弃权作战。这是一种聪明的生存策略,虽然它可以杀死自己的细胞,但最大程度地减少了伤害,有点弃车保帅的味道。

植物的这种战斗方式称为超敏反应,最早是英国科学家哈里·马歇尔·沃德(Harry Marshall Ward)在研究黄芪属植物的锈铁病时发现。后来,美国研究员Elvin Charles Stakeman将这种现象称为超敏反应。

过敏反应是伴随自身细胞死亡的强烈防御反应。入侵寄主植物后,病原体会疯狂地自我复制,汲取植物细胞的营养,并入侵相邻的细胞。但是如果发生过敏反应,植物就会阻止病原体的传染性行为。

断其粮道

通常是在遇到强大的敌人时发生超敏反应,但是,这不是唯一的战斗方法。植物对病原体防御策略的基础是产生抗菌物质,可以将其视为植物生产的枪支弹药之类的东西,但是科学家在研究南芥植物时发现其他的防御方式,这种方式是对植物细胞控制糖在细胞内外传播的转运蛋白进行研究的结果。

我们都知道,植物的主体是由一个一个的细胞组成,但是细胞之间存在空隙,这些空隙成为细胞间隙,充满了细胞液,营养物质就在细胞液内传送。当病原体无法突破细胞壁,而浸没细胞间隙时,就会吸收存在于细胞间隙中的营养物质并生长。

为了阻止这种情况,南芥类植物激活了控制糖进出细胞的转运蛋白,并逐渐将细胞间隙中存在的糖吸收到植物细胞中,从而减少细胞间隙中的糖含量。对于病原细菌来说,可获取的食物减少,就会面临营养不足被饿死的风险。

除此之外,植物还有许多“武器”,在几亿年进化征途中,植物进化出一种完备的免疫系统,可以模仿高等生物体的固有免疫力,分解致病病原体的遗传物质。

另一方面,当病原体更加脆弱时,病原体也会寻找植物“武器”的弱点研发新“武器”。植物与病原体之间无时无刻不在上演了一场与人类世界竞争无异的“军备竞赛”。

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