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本文作者：范雅妮 赵欣 赵彬涵
编辑排版：张日鹏
文章来源：中国科学院微生物研究所 真菌学国家重点实验室
什么是真菌呢？许多人对真菌的概念比较模糊，有些人认为它名字带“菌”，所以它是细菌的“同类”；也有人认为菇类是在蔬菜摊上被贩卖，所以它是一种“植物”。今天，我们就来辟个“谣”：真菌既不是细菌，也不是动植物，它是一个拥有约150万种成员的独立王国，是地球上仅次于昆虫的第二大类群！我们涮火锅时放的金针菇，过期面包上长出的“毛”，蒸馒头时用的酵母，都是这个王国的成员。更有趣的是，比起植物，它竟然和动物亲缘关系更近，神奇吧！其实，这个王国还有许多有趣的冷知识，今天我们就挑几个跟大家聊一聊。
万万没想到
我被选中去做神仙水了
想必大家都知道酵母蒸馒头，但大家听说过酵母护肤吗？酵母护肤就是将酵母发酵液或者破碎的酵母细胞过滤一下，不要渣渣，再浓缩一下，最后辅以防腐剂等做成化妆品，用于肌肤护理。所以，与蒸馒头用的发酵粉不同，那些声称“酵母护肤”的化妆品里根本没有活酵母。
神仙水，又名SK-Ⅱ护肤精华露，主打酵母护肤三十年，所以，我们今天就拿它来分析一下酵母护肤中暗藏的猫腻知识。注意，神仙水只是一个注册商标，请广大仙女放弃无谓的挣扎。来来来，看看神仙水里面都有啥（见下图）？除了神奇的酵母发酵滤液PITERA，就是一些常见的溶剂和防腐剂罢了。
那，这个PITERA是怎么来的呢？这里需要讲一个很久很久以前的故事。
图片来源：SK-II官网
二十世纪七十年代，日本科学家Shinei Kashiwayama偶然间发现酿造清酒的年老工人满脸皱纹却拥有一双柔软年轻的手，于是有了灵感，回到实验室潜心研究五年多，终于从350余种酵母菌中找出一种令人满意的酵母菌，它的发酵滤液可以使皮肤更加细嫩。
科学家以自己的名字将其命名为Trichosporon Kashiwayama，但其实这种酵母菌的学名是Trichosporon penicillatum，现用名Geotrichum klebahnii。（注：Geotrichum klebahnii属于Saccharomycetale/目，Dipodascaceae/科，Geotrichum/属）。既然我们有了菌株信息，是不是就可以去实验室DIY神仙水了？想得美。因为要想得到与神仙水里PITERA相媲美的酵母发酵滤液，需要相当特别的发酵环境：特别的水、温度、压力，甚至空气，不然，人手一瓶DIY神仙水，P&G还怎么赚钱。（注：1991年，SK-Ⅱ被宝洁P&G收购）
最后你可能还会问，酵母护肤的原理是啥？这个，日本科学家Shinei Kashiwayama在1980年的专利中提道：由于本发明只进行了一般的成分分析，肯定会漏掉一些成分，将分析得到的成分按比例混合后无法制备本发明中的皮肤药，所以我也不知道它的有效成分。
没关系，长江后浪推前浪。宝洁的研发团队发表了一些论文来证明神仙水的护肤原理，比如PITERA可以抑制巨噬细胞产生NO从而抑制炎症反应，再比如PITERA还能增强表皮角质形成细胞中紧密连接蛋白的表达，从而增强皮肤的屏障功能。但是，这个PITERA到底含什么成分？其中哪些成分有护肤效果?有没有对人体有害的成分呢？仍是未知。这对于一个走高端路线的化妆品来说，的确是很大的隐患。宝洁的研发团队也表示，未来会致力于分离提纯酵母发酵滤液的有效成分以及进行大量的人类皮肤实验，从而更有力地说服大家买买买。
好了，酵母护肤科普到这里，送大家一张论文里的图吧（如下），大意是酵母发酵滤液确实可以减弱脂多糖（LPS）引发的表皮损伤，并且4倍滤液比1倍滤液的效果好很多。至于你问神仙水好用么？我也不知道，大概是贫穷限制了我的护肤体验。
图片来源：Tsai H H et al.,
Journal of dermatological science, 2006
来，下个套
我给大家捕个“虫”
真菌也能捕食？并且还能提前设好陷阱等待猎物自己上套？？？是的，真菌界中同样存在着捕食者，下面有图为证：
被捕食线虫真菌的收缩环套住的线虫
图片来源：George Barron
捕食线虫真菌（nematode-trapping fungi）就是一类通过营养菌丝特化成的捕食器官来捕捉线虫的真菌。这类真菌可以在土壤中营腐生生活，但当线虫猎物出现之时，它们便会迅速转变为捕食者，通过产生特殊的捕食器官捕捉线虫。不仅如此，为了引诱线虫上钩，捕食线虫真菌还会产生吸引线虫的物质，坐等线虫乖乖地进入已布好的陷阱里。通过识别、吸引、捕捉、侵染和消解五个阶段来完成整个捕食过程。如此地处心积虑，难怪线虫玩不过真菌。
捕食线虫真菌的“捕食工具”也各具特色，它们的捕食器官（工具）按照作用原理主要分为两类：一类是依赖黏性附着捕捉线虫的黏性捕食器官，包括黏性球、黏性分枝、黏性网和非收缩环；另一类是收缩环，它不具有黏性，是依靠机械力卡住线虫从而将其捕捉的。
捕食线虫真菌产生的不同类型的捕食器官（工具）
AN：黏网；AK:黏球；AC：黏性分枝；NCR：非收缩环；CR：收缩环。
图片来源：Yang et al., PNAS, 2007
其中，收缩环被认为是最高效且精密的捕食器官（工具）。它由营养菌丝特化产生的5个细胞组成，即三个细胞构成的环状结构通过两个细胞的短柄与菌丝相连。收缩环细胞外壁薄，内壁厚，环内外均无黏性物质。收缩环的内壁非常敏感，当线虫触碰挤压收缩环的内壁时，构成环的3个细胞能在0.1-1 秒的时间内迅速膨胀到原体积的三倍左右。
瞬间膨胀的收缩环
图片来源：Lund University
膨胀的环细胞依靠机械力将线虫牢牢地卡住，接下来穿透虫体，让菌丝在线虫体内生长，继续侵染并消解线虫，从而获取营养。收缩环为何能在如此短的时间内迅速反应增大体积来捕捉线虫，这一神奇的捕食机制还尚未明了。
Drechslerella stenobrocha产生的收缩环捕捉线虫过程
图A：Drechslerella stenobrocha的菌丝和孢子，图中短线长为20μm；图B和图C:膨胀前的收缩环和膨胀后的收缩环，图中短线长为5μm；图D：被膨胀的收缩环捕捉到的线虫，图中短线长为20μm。
图片来源：Liu et al., BMC Genomics, 2014
捕食性线虫真菌在大多情况下是依靠腐生生活方式来获取养分的，而捕食作为真菌一种特殊的生存策略，让这类真菌在物种演化上具有更多的竞争优势。因此，学者们针对捕食线虫真菌的起源与进化进行了大量研究。最新的研究提出：物种大灭绝导致的大量有机物积累促使线虫大量繁衍，而真菌为了获取氮源和应对恶劣环境便开启了其捕食行为并驱动了不同捕食器官（工具）的分化。
迄今为止，真菌的捕食行为依然十分奇特，还存在很多的未解之谜。这方面的研究仍在进行中，让我们一起期待学者们的结论吧。
说出来你可能不信
我险些让香蕉灭绝
香蕉是我们经常食用的水果，它香甜软滑，营养丰富，深受世界人民喜爱。但许多人可能并不知道，50多年以前，香蕉曾遭遇过一场灭顶之灾，我们今天吃到的香蕉，其实是一个“替补上场”的品种！这一切，都要归咎于一种真菌——香蕉枯萎病菌（Fusarium oxysporum f. sp. cubense）。
回到半个世纪以前，当时畅销全球的香蕉名为大麦克（Gros Michel，又名大米七），与我们今天常吃的香蕉品种香芽蕉（Cavendish，又名华蕉）相比，大麦克香蕉口感更好，而且皮很厚，经得起长期运输和储存。
左图为大麦克香蕉，右图为今天我们常吃的香芽蕉
图片来源：https://www.sohu.com/a/307558101_426424
然而，比起香芽蕉更加出众的大麦克香蕉却有一个致命敌人——香蕉枯萎病菌1号小种（FocTR1）。这种真菌潜伏在土壤当中，可以从香蕉根部的伤口侵入根茎，释放毒素引起寄主维管束细胞产生褐变、坏死，最终导致香蕉枯萎死亡。由于香蕉是通过无性繁殖培育的，后代的遗传物质几乎不会发生变异，在香蕉枯萎病菌袭来时，全世界的香蕉基本都没有抗病性，于是被轻而易举地“一锅端”。更加雪上加霜的是，香蕉枯萎病菌的生存能力极强，一般的化学杀菌剂很难彻底杀灭它，其厚垣孢子可以在土壤中存活数十年之久，被香蕉枯萎病菌污染的土地不能再种植香蕉。就这样，香蕉枯萎病菌一路“攻城略地”，重创了当时的香蕉产业，大麦克香蕉基本上被团灭，退出了历史舞台。
香蕉枯萎病的症状
图片来源：Maryani N et al., Studies in Mycology, 2019
香蕉枯萎病菌孢子和菌落形态
图片来源：M.A. Dita and L. Pérez-Vicente
病原菌来势汹汹，科学家已无力挽救大麦克，唯有寻找能够抵抗香蕉枯萎病菌1号小种的香蕉品种，才能拯救香蕉产业。就这样，“替补选手”香芽蕉登场了，它在许多方面都不如前辈大麦克，却因为对1号小种的抵抗力而一统天下。
香蕉被拯救了，人类又可以吃上这种美味的水果了，形势一片大好。然而，香芽蕉并未摆脱无性繁殖的培育方式，高度的基因一致性，预示着香芽蕉也有被病原菌灭绝的风险。不幸的是，魔咒正一步步变为现实。上世纪末，香蕉枯萎病菌4号小种（FocTR4）接替1号小种肆虐开来，它可以引起几乎所有种类的香蕉发病，香芽蕉也不例外，全球的香蕉产业再次被推到了一个岌岌可危的位置。尽管人类进行了围追堵截，但香蕉枯萎病依然蔓延到了除拉丁美洲外的世界其他地区，而拉丁美洲的失守也只是时间问题，香蕉再一次被拉到了灭绝的边缘。科学家们想尽方法对付这个难缠的对手，但是否能阻挡住香芽蕉灭绝的步伐，依然是个未知数。
其实，香蕉枯萎病菌也只是尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）麾下小小的一员，这个臭名昭著的家族寄主广泛，能够引起棉花、甘蔗、香蕉、番茄、黄瓜、哈密瓜、西瓜、大豆、豇豆等100多种植物枯萎病的发生，造成了巨大的经济损失，是名副其实的毁灭者。这也就不难怪尖孢镰刀菌能够排在十大植物病原真菌第五的位置了。
全球十大植物病原真菌
图片来源：Dean R et al., Molecular Plant Pathology, 2012
多年来，科学家们一直在努力寻找战胜这种病菌的方法，取得了一些初步进展，而病菌也在不断演化，以更强大的姿态登上历史舞台。与尖孢镰刀菌的博弈只是人类与病菌斗争的一个缩影，历史上，人类一次次借助科技的力量击败病菌，而更强大的对手也会应运而生，这样的斗争，终将伴随着人类文明，一直延续下去。
参考资料
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