一項關於Lepraria地衣的研究發現，儘管人們認為它們完全是無性生殖，但它們擁有有性生殖的基因。 這挑戰了人們長期以來的看法，並提出了有關地衣繁殖策略的問題，為地衣生物學和演化提供了新的見解。

南極洲的Lepraria 地衣。 資料來源：Felix Grewe，菲爾德博物館

您可能在樹幹和公園長椅上看到過地衣，但它們實際上是世界上最奇特的生物。 地衣常被誤認為苔蘚，它們是由真菌和藻類或細菌組成的微型生態系統，能從陽光中產生能量，共同生活在一個整體中。

它們似乎不像許多同類生物那樣遵循相同的生物規則，科學家們仍在不斷發現關於它們的新事物。

例如：在《BMC Genomics》雜誌上發表的一項新研究中，研究人員震驚地發現，一種長期以來被認為是無性生殖的地衣Lepraria 仍然具有有性生殖的基因。 這些地衣與科學家幾十年來的想法相反，它們可能擁有秘密的性生活，但卻沒有人能觀察到。

Lepraria 地衣的特寫。 圖片來源：Felix Grewe，菲爾德博物館

“地衣看起來基本上就像綠色、灰色和褐色的灰塵。它可能是你通常認為的長在長椅或岩石上的地衣–有點像苔蘚，但又不是苔蘚，”該論文的第一作者、野外博物館格雷格生物資訊中心博士後研究員梅雷迪斯-多爾曼（Meredith Doellman）說。 「科學家花了200 多年的時間研究這些東西，他們發誓，組成Lepraria屬的地衣從未產生過任何有性生殖的結構。 因此，他們認為這些地衣是無性生殖的。”

真菌構成了地衣身體的大部分，地衣依靠真菌部分繁殖。 真菌可以透過母體的分裂或出芽進行無性繁殖，但它們也能進行有性生殖。 真菌的性行為……很複雜。

簡而言之，就是當兩個相容的真菌親本的地下線狀網絡相互融合併共享遺傳物質時，它們就會聚集在一起，形成一個稱為子實體的地上結構（蘑菇可能是最著名的真菌子實體）。 (子實體的作用是散播孢子，相當於真菌的種子。這些孢子隨風、水和動物散播，最終落在某個地方，長成真菌網絡，開始新的過程。

地衣的有性生殖也遵循類似的模式。 “典型的有性生殖地衣會與另一個個體交配，並產生稱為子囊的子實體。 這些子囊孢子會向空氣中釋放孢子，然後定居下來長成新的地衣。”

資深作者Felix Grewe 在南極洲採集地衣。 圖片來源：Felix Grewe，菲爾德博物館

在對Lepraria地衣兩個世紀的研究中，科學家從未發現過絨毛。 雖然世界上有很多無性生殖的地衣，但Lepraria一直被認為是一種特殊的、沒有有性生殖的整屬地衣–在大多數情況下，有一個無性生殖的地衣種和一個有性生殖的姊妹種。 Lepraria作為一個完全由無性物種組成的屬，似乎是獨一無二的。

這個假設促成了多爾曼和她在菲爾德博物館的同事們的研究計畫。多爾曼說：”我們認為我們可以做一些有趣的比較基因組學研究，並證明Lepraria與它的近親Stereocaulon不同，已經失去了典型的真菌性能力。”菲爾德博物館普利茲克實驗室的科學家們從世界各地，從芝加哥植物園到南極洲，採集了Lepraria 和Stereocaulon 的DNA樣本。

“我們組裝了它們的基因組，對基因進行了註釋，並尋找那些通常參與細胞減數分裂過程的已知基因。我們尋找參與子實體形成的基因，”Doellman說。 「我們原以為在Lepraria中，這些基因會退化、不再起作用或完全缺失。但相反，我們發現了整個基因補體，它們似乎都完好無損，功能正常，幾乎與Stereocaulon中的姐妹基因一模一樣。”

Lepraria 有性生殖的證據顛覆了多年來的科學觀察。 “菲爾德博物館格雷格生物資訊中心主任、論文的資深作者費利克斯-格雷維（Felix Grewe）說：”我感到非常非常驚訝。世界上沒有地衣學家會認為這些地衣有性行為，但它們卻有這方面的基因。 “

雖然研究人員發現Lepraria具有與有性生殖相關的基因，但他們仍然沒有發現子實體。 “即使有，也非常罕見。 它們找到了躲避我們的好辦法，”Grewe 說。

另一種可能的解釋是，Lepraria確實只進行無性繁殖，但它們保留了性基因，因為這些基因對其他方面有用。它們有可能正在進行類似有性生殖的活動，但又不是。 多爾曼說：「有可能它們在進行某種類似有性繁殖但又不是有性繁殖的活動，它們仍然在進行基因資訊重組，只是重組的方式不同。對於未來的研究，我們可以觀察是否有不同類型的交配發生，我們可以在族群層級研究Lepraria的遺傳學，看看它是否與無性繁殖一致。

Lepraria的生殖之謎有助於揭示地衣作為真菌與能進行光合作用的藻類或細菌之間的伙伴關係的更大意義。 真菌孢子要長成新的真菌，需要在適當的環境中著陸。

地衣孢子要長成新的地衣，既需要在適宜的環境中著陸，又需要捕捉光合作用所需的藻類或細菌作為養分。 (對大多數地衣來說，如果不是所有地衣的話，真菌夥伴已經進化到沒有光合作用夥伴供養就無法獨立生存的地步了）。 因此，有性生殖對地衣來說是一種風險。 從遺傳多樣性和演化潛力的角度來看，有性繁殖可以帶來豐厚的回報，因此幾乎所有已知的地衣都會進行有性繁殖。 但是，如果地衣孢子的著陸環境不適合光合作用，那麼它們就會有麻煩了。

” 我認為地衣從母體分裂出來進行無性繁殖是有好處的。可能無法傳播得更遠，但可以把你的光合作用夥伴帶在身邊，”Grewe 說。 ” 有性繁殖還有其他好處。大量研究表明，與性有關的細胞過程有助於基因組的長期穩定，例如修復遺傳密碼的斷裂。”

雖然目前還不清楚Lepraria是如何利用其出人意料的性基因的，但這項研究是”了解地衣如何工作的又一塊拼圖”，Grewe說。 這些不起眼的塵埃狀生物可以幫助科學家更好地理解基因、性和演化本身。

編譯自/ ScitechDaily