在松林中出现鲜艳的红色时，这并非美丽的风景，而是一种致命的威胁。

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下面的文章来源于格致论坛。，作者赵莉蔺

与森林生态系统一步步受损的心痛相比，自身的辛苦微不足道。

赵莉蔺 · 中国科学院动物研究所研究员

格致论道第 71 期 | 2021 年 8 月 28 日北京

大家好，我是来自中国科学院动物研究所的赵莉邈，今天给大家讲一个关于小线虫的故事。

松树病了

下面是一张健康松林生态系统的照片，透过这张照片，我们似乎能闻到新鲜的空气。

松林生态系统为我们付出了巨大的努力，保证了生态环境，为我们提供了新鲜空气。当然，它也能给我们带来美味的松子，具有至关重要的经济效益。因此，提高松林等森林的覆盖率也是每个国家治理和发展的目标。很难想象如果我们的森林生态系统受到威胁，生活会是什么样子。

上图与前图有很大不同。我们不难发现有很多红色的斑点。发生了什么事？这种情况最早发生在 1982 年南京中山陵，引起了人们的极大关注。

科学家们参与了调查，他们首先从死树上寻找罪魁祸首。死树上有许多生物，包括各种大小的乌龟、白蚁、天牛和其他昆虫。与此同时，它们发生了蓝变，并分离了许多蓝变菌。因此，我们从昆虫和病原菌两个方面分离出许多嫌疑人。

各种生物被发现在死树上。

但是我们发现，当这些嫌疑人再次在松树上种植时，并没有造成这么大的伤害。因此，每个人的思维都发生了变化，那就是从刚刚生病的树上寻找罪魁祸首。

松材线虫

因此，在这棵树的韧皮部分，我们将许多线虫分离出来，这些线虫堵塞了松树的营养运输。经鉴定，这种线虫就是松材线虫。这是一种外来入侵物种，对松树构成了极大的威胁。

自从我国发现以来，它一直在传播和传播。尤其是上图中的绿色部分，是我国重要的森林分布区。除了南方被松散的线虫覆盖，这两年在辽宁也发现了，所以扩张和传播非常快。它每年给我们带来的财产损失高达 71 亿万，这意味着防控任务十分艰巨，每个人都在思考如何防控。

比如上图是一棵死树，是一个传播源，必须采伐，但是我们发现很难。如果是路边的一棵树，我们可能更容易采伐；但是如果你在森林里发现一棵红树，你需要翻山越岭来采伐它。正常情况下，五六个人一天只能采伐一棵树，然后运到山下。因此，一线森林工作人员付出了巨大的努力。

这是采伐出来的松树。事实上，每一棵松树都很珍贵，甚至有些是有几百年历史的老树，因此十分遗憾。

松线虫不仅对中国的松林构成了极大的威胁，而且对日本、韩国、欧洲等其他中国的西班牙、葡萄牙等地区也造成了极大的伤害。所以，它被称为松树的毁灭性疾病。

然而，这里有一个非常有趣的现象。在原产地北美，即上图中的绿色区域，其危害并不严重。这让我们很好奇，为什么我们在环游世界的时候，病情并不严重。有了这样一个科学问题，我们从 2004 2008年开始进入这样的研究。

中国松材线虫发生了哪些变化？

首先，我们要比较不同国家松树的差异，北美松材线虫主要危害欧洲松树、雪松、落叶松等松树。

北美寄主松树

然而，来到中国后，情况完全不同。松材线虫主要危害中国南方的黑松和马尾松，危害中国北方的华山松和油松，然后在东北变成红松。

松树，中国寄主

这种变化的过程，其实就是松材线虫在经历压力的选择。因为松树本身就有抵抗病虫害的能力，特别是分泌一些松脂和防御物质来保护自己。然而，这一过程并未使松材线虫受到惊吓。当松材线虫入侵我国时，它一定是一个很小的物种，而且它的个体很小，不到一毫米。这么小的线虫，为什么能在如此强大的压力下变得如此强大？在实验室里，我们模拟了线虫在我国的入侵过程。与北美的线虫相比，我们发现中国线虫的繁殖能力确实更高，而且它在不同的松树中转移时繁殖能力最高。

但是，从右图可以看出，事实上，美国线虫的种群数量一直处于较低的位置。所以，这条线虫的强大之处在于将压力转化为自身强大繁荣的动力。

天牛感染松树，携带松材线虫。

在变压力为动力的过程中，也要不断寻找新的媒介，也就是要把自己从一棵树转移到另一棵树。我们发现它实际上是通过天牛这种媒介昆虫传播的。

松墨天牛

在这个传播过程中，有一点很奇怪:它不是一直传播，而是要找到刚刚羽化的天牛。刚羽化的天牛身体非常柔软。松散的线虫如何在特殊时期找到天牛？而对于天牛来说，线虫是外来的，天牛想去的时候不能去天牛气管。线虫发生了什么变化，可以通过天牛传播？

通过调查，我们想比较一下天牛体内和天牛体外的线虫有什么不同。在上面显示的气管系统中，我们发现这种线虫非常干净，没有细菌，也没有真菌等微生物。但是，原来它在树上的时候，周围有各种各样的微生物。我们只想到一件事:当线虫进入天牛体内时，它们应该蜕皮一层皮。蜕皮过程中肯定发生了一些事情，导致蜕皮后可以携带传播。

当我们用显微镜观察时，我们可以发现它的细菌、真菌和分泌物在传递的昆虫状态下脱皮后都消失了，变得非常干净。而且头部的针部分，也就是摄食部分，也就是整个嘴巴都被封住了。

松子线虫的传播扩散依赖于天牛的携带。

这种状态似乎在告诉它的媒介——天牛-它非常干净。所以，天牛会认为它是安全的，和它在一起就成了一种协同共生的关系。这种情况确实对松材线虫的传播扩散起到了很大的作用。

松材线虫的“十八般武艺”

松材线虫的精确定位和蜕皮的时机在这样的携带传播过程中变得非常重要。怎样才能有这个时机的准确性？我们对此进行了研究。

松线虫生活在黑暗的环境中，这是看不见的，不能依靠视觉获得时机的准确性。然后我们会怀疑它是否依赖嗅觉。结果发现它的嗅觉系统非常强大，可以准确识别各个时期主人天牛的味道。

松材线虫基因组

当我们研究它的基因组时，我们发现这个物种在形成过程中有这样的能力。当它的基因组形成时，发生了两起基因家族扩张事件。事件中最重要的是它的化学感受体，也就是它闻到东西时使用的一些受体的敏感性增强了，这个家庭变得非常大。

化感受体敏感度的扩大增加

上面的图片就是三个化感受论的基因家族，红色区域表明它在入侵过程中仍在不断扩大。换言之，在不断扩张的过程中，这些基因家族变得更加敏锐。那么，这到底起到了什么作用呢？为了比较中国和北美的线虫之间的差异，我们用松材线虫的分泌物作为化学信号。

化感适应性进化，松材线虫入侵

我们可以看到，上图中的红色区域是指中国的线虫物种，另一部分是北美的线虫物种。图中显示的 Srab、Srh 和 Srd 这是三种不同的基因。当我们刺激化合物时，红色这些基因就会在中国物种中大量表达出来。这表明这些中国种群的化感受体正在发挥作用，当它们发挥作用时，它们就会发挥作用。所以它能闻到原来闻不到的东西。

为什么北美的松线虫的表情比较低？当我们用化合物刺激它时，我们需要高浓度才能做出反应。就像糖对人一样，有些人喜欢糖，会觉得很甜；有些人可能一尝就会觉得苦，因为他们很敏锐，到了一定浓度就不能接受糖了。所以美国的线虫也是如此。如果他们不喜欢这种味道，他们会觉得不需要繁殖，保持在小康水平就够了。

提高松材线虫繁殖率的关键

然而，中国的线虫物种并不这么认为。它们发生了很大的变化。它们开始喜欢这种味道并产卵，所以种群的数量变得非常大，整个松树会很快死亡。

另外，我们小时候喜欢吃东西，长大后也喜欢吃。松树线虫也是如此。它认为中国的松树不好吃，特别硬。然后它使用一些中国本地的蓝变菌来帮助它。

死松树上有很多蓝变现象，我们通过分离得到了蓝变菌。它是一种真菌，会使松树变软，对松材线虫来说，变得美味可口。所以，它觉得在中国的生活还是挺好的，于是开始大规模扩张。只有一棵树是不行的，松材线虫也想到其它树上串一串。同时，它也喜欢将天牛作为一种飞机交通工具，利用天牛进行传播和旅游。

松石线虫释放信号，促进松石天牛的发育

这一过程中，它希望有更多的“飞机”为它服务。接着，它使用了它的化学武器，促进了中国天牛快速羽化的进程。而且天牛的生卵量也在增加，它把一两架“飞机”变成了整个“机队”。中国天牛很少，在松材线虫入侵中国之前，我们很难找到它。但松材线虫入侵后，中国天牛的量变得非常大。松材线虫与天牛共同致死松树，它们的共生系统建立得非常好。

左:天牛气管右，不携带松材线虫:天牛气管右，携带松材线虫。

松材线虫不仅将天牛作为“飞机”进行登机转移，而且有能力使这种“飞机”的座位更好。左图是天牛气管系统，没有携带线虫。它的气管很细，气管壁很脆很薄。但是线虫进入天牛体内后，如右图所示，天牛的气管系统变粗了，气管壁的弹性变大了。

这相当于把一个铁皮座椅变成了一个软皮沙发。所以线虫在天牛的气管里特别开心，可以让这个空间更大，让更多的合作伙伴进来。也就是说，天牛会带很多线虫飞走，有时候天牛的气管系统里会有二三十万条线虫。

左边是天牛气管，没有带松材线虫，一夹就断了，特别脆弱。右边是天牛气管，里面有松材线虫，弹性很大，像橡胶管。

因此，在科学研究的过程中，我们发现了为什么松材线虫在中国变得如此强大，反击变成了超级线虫。当然，我们应该不要忘记你的主动心态来防控这种线虫。

松材线虫如何防控？

第一个发现很重要，如果我们找不到线虫，就很难对其进行防治。

刚开始的时候，我们很难做研究。因为我们要在整棵树上凿几个松木段，所以我们要把它切成火柴棒大小，然后用左边图片里的贝尔曼漏斗法，线虫漏水的时候会爬进木头里的水里。这个过程非常盲目和耗时。

所以我们想到用它的化学通信策略来诱导，把松线虫最喜欢的化合物滴入诱惑管，让松线虫爬到我们想要的地方。利用这种技术，我们明确了整个松线虫的症状和松线虫相应位置的规律。

它还在防控中发挥了一定的作用。这里有两棵国家自然保护区的树，很珍贵，大家都很谨慎。虽然有发黄、发红的症状，但还是希望能够保护这棵树。要弄清楚里面有没有线虫，如果有松材线虫，这棵树一定要砍掉。采用前面提到的微创手段进行采样，采样后发现没有发现松材线虫。之后，国家自然保护区的工作人员给我们发了一封邮件，告诉我们这两棵树后面也恢复了。除了发现之外，我们还记得防控。近年来，我国的防控方法越来越多，技术也越来越高，我们有一个小小的策略与大家分享。刚才我们提到松材线虫和天牛之间存在着共生互作的关系，这样天牛体内就能携带很多线虫。在调查过程中，我们发现并非每只天牛都能携带这么多线虫，有时也找不到线虫。为何在天牛气管系统中找不到松材线虫？