不同顯微成像技術(shù)在地衣鑒別中的兩次顛覆性應(yīng)用

南方地區(qū)連日暴雨已經(jīng)接近尾聲，很多土坡上都出現(xiàn)了這種橙黃色一根根的東西，雖然很常見，但大家知道這是什么嗎？其實這是地衣的一種。科學(xué)家對于地衣的認(rèn)知，經(jīng)歷過兩次教科書改寫級的大顛覆，都與顯微鏡有關(guān)，即使是生物達(dá)人的你可能也不知道，一起來了解下吧！
 

潔地衣棒瑚菌
 

1. 1868年前：地衣是植物
 

看起來比較像植物的地衣

 

在19世紀(jì)60年代，生物學(xué)家致力于把生物分類成一個個界限分明的獨立物種，地衣被認(rèn)定為一種植物。因為地衣形態(tài)上跟苔蘚有相似之處，而且也能光合作用，因此被歸類為植物，邏輯來說似乎也沒毛病。
 

2. 第1次顛覆：1868年現(xiàn)代光學(xué)顯微鏡證明，地衣是共生體
 

地衣的三種型態(tài)：殼狀a，葉狀b，枝狀c

 

1868年，瑞士科學(xué)家西蒙·施文德納（Simon Schwendener）提出地衣是真菌和微型藻的共生體，挑戰(zhàn)了“單一物種”的分類理論，引起了很大爭議。

明場觀察下的地衣切片

 

現(xiàn)代光學(xué)顯微鏡的出現(xiàn)，平息了這個爭議。1866年，現(xiàn)代光學(xué)奠基人恩斯特·卡爾·阿貝，加入了顯微鏡行業(yè)，開始引領(lǐng)光學(xué)顯微鏡進(jìn)入新時代，他為施文德納提供了當(dāng)時頂尖的生物顯微鏡，結(jié)合施文德高超的切片制樣能力，世界得以看清地衣的真面目：由真菌和藻類構(gòu)成的共生體。
 

念珠藻是地衣中常見藻類之一（明美顯微鏡MF52-N拍攝，40X相襯）

 

地衣是由真菌與藻類或藍(lán)細(xì)菌組成的共生體，真菌提供上下皮層和偽根，包裹藻類并吸收水分和無機(jī)鹽等養(yǎng)分，保證藻類生存環(huán)境；念珠藻等藻類則進(jìn)行光合作用，為真菌提供營養(yǎng)，兩者是互惠互利的關(guān)系，“共生”關(guān)系自此進(jìn)入了字典。

 

3. 第2次顛覆：2016年熒光顯微鏡證明地衣是兩菌一藻
 

明美熒光顯微鏡MF52-N下的念珠藻

 

自施文德納以來一百多年，地衣學(xué)家都認(rèn)為地衣里的真菌是單一的，大部分地衣真菌都來自子囊菌類群（常見霉菌就屬于子囊菌），地衣學(xué)也以真菌名來分類和命名地衣，直到2011年斯普利比爾(Toby Spribille)和其他研究人員發(fā)現(xiàn)，同樣子囊菌的地衣，出現(xiàn)了明顯不一樣的顏色和毒理性。

電鏡下的地衣，標(biāo)尺=10μm

 

研究人員用光學(xué)顯微鏡和電子掃描顯微鏡觀察，但什么都沒發(fā)現(xiàn)，因為形態(tài)學(xué)來看，就只是看到菌絲和被包裹的藻類。

斯普利比爾用PCR檢測檢測子囊菌種類，只有一種明顯反應(yīng)，說明只有一種子囊菌，研究一度陷入停滯，靈機(jī)一動下，他把檢測范圍擴(kuò)大到各種真菌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩個地衣樣本都有擔(dān)子菌反應(yīng)（常見蘑菇屬于擔(dān)子菌），反應(yīng)明顯的樣本有更鮮艷的顏色和明顯的毒性。

熒光原位雜交染色的枝狀地衣（圖自Toby Spribille，et al. / Science（2016)）

 

于是他使用熒光原位雜交染色，把擔(dān)子菌、子囊菌分別染色成了綠色和藍(lán)色，加上藻類葉綠素自發(fā)紅色熒光，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，是擔(dān)子菌、子囊菌共同了組成地衣的皮層，擔(dān)子菌含量不同是同種子囊菌地衣出現(xiàn)不同外觀的原因，顛覆了課本“地衣=1種真菌+1種藻類”的認(rèn)知，也動搖了地衣學(xué)以子囊菌分類和命名地衣的區(qū)分邏輯。

明美科研級熒光顯微鏡MF43-N 適用于明場、熒光、相差等觀察方式

 
由于地衣對空氣質(zhì)量非常敏感，因此有“空氣質(zhì)量監(jiān)測器”的稱號，石蕊、松蘿等品種的地衣還是傳統(tǒng)中藥和重要藥物活性成分來源，目前國內(nèi)很多資料對地衣的描述還停留在“地衣=1種真菌+1種藻類”的階段，相關(guān)研究還有待中國學(xué)者繼續(xù)深入。