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教科书两次大改写,显微镜到底对地衣做了啥?
发布时间:2022-06-24

南方地区连日暴雨已经接近尾声,很多土坡上都出现了这种橙黄色一根根的东西,虽然很常见,但大家知道这是什么吗?其实这是地衣的一种。科学家对于地衣的认知,经历过两次教科书改写级的大颠覆,都与显微镜有关,即使是生物达人的你可能也不知道,一起来了解下吧!

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洁地衣棒瑚菌


1868年前:地衣是植物



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看起来比较像植物的地衣



在19世纪60年代,生物学家致力于把生物分类成一个个界限分明的独立物种,地衣被认定为一种植物。因为地衣形态上跟苔藓有相似之处,而且也能光合作用,因此被归类为植物,逻辑来说似乎也没毛病。


1868年现代光学显微镜证明,地衣是共生体


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地衣的三种型态:壳状a,叶状b,枝状c



1868年,瑞士科学家西蒙·施文德纳(Simon Schwendener)提出地衣是真菌和微型藻的共生体,挑战了“单一物种”的分类理论,引起了很大争议。



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明场观察下的地衣切片


现代光学显微镜的出现,平息了这个争议。1866年,现代光学奠基人恩斯特·卡尔·阿贝,加入了显微镜行业,开始将光学显微镜带入新时代,他为施文德纳提供了生物显微镜,结合施文德高超的切片制样能力,世界得以看清地衣的真面目:由真菌和藻类构成的共生体。


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念珠藻是地衣中常见藻类之一(明美显微镜MF52-N拍摄,40X相衬)


地衣是由真菌与藻类或蓝细菌组成的共生体,真菌提供上下皮层和伪根,包裹藻类并吸收水分和无机盐等养分,保证藻类生存环境;念珠藻等藻类则进行光合作用,为真菌提供营养,两者是互惠互利的关系,“共生”关系自此进入了字典。


第2次颠覆:2016年荧光显微镜证明地衣是两菌一藻


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明美荧光显微镜MF52-N下的念珠藻


自施文德纳以来一百多年,地衣学家都认为地衣里的真菌是单一的,大部分地衣真菌都来自子囊菌类群(常见霉菌就属于子囊菌),地衣学也以真菌名来分类和命名地衣,直到2011年斯普利比尔(Toby Spribille)和其他研究人员发现,同样子囊菌的地衣,出现了明显不一样的颜色和毒理性。



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电镜下的地衣,标尺=10μm


研究人员用光学显微镜和电子扫描显微镜观察,但什么都没发现,因为形态学来看,就只是看到菌丝和被包裹的藻类。

斯普利比尔用PCR检测检测子囊菌种类,只有一种明显反应,说明只有一种子囊菌,研究一度陷入停滞,灵机一动下,他把检测范围扩大到各种真菌,结果发现,两个地衣样本都有担子菌反应(常见蘑菇属于担子菌),反应明显的样本有更鲜艳的颜色和明显的毒性。



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荧光原位杂交染色的枝状地衣(图自Toby Spribille,et al. / Science(2016))


于是他使用荧光原位杂交染色,把担子菌、子囊菌分别染色成了绿色和蓝色,加上藻类叶绿素自发红色荧光,结果发现,是担子菌、子囊菌共同了组成地衣的皮层,担子菌含量不同是同种子囊菌地衣出现不同外观的原因,颠覆了课本“地衣=1种真菌+1种藻类”的认知,也动摇了地衣学以子囊菌分类和命名地衣的区分逻辑。

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明美科研级荧光显微镜MF43-N 适用于明场、荧光、相差等观察方式 


由于地衣对空气质量非常敏感,因此有“空气质量监测器”的称号,石蕊、松萝等品种的地衣还是传统中药和重要药物活性成分来源,目前国内很多资料对地衣的描述还停留在“地衣=1种真菌+1种藻类”的阶段,相关研究还有待中国学者继续深入。

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