“劫持”宿主推动生物演化 寄生虫的世界比宫斗剧还精彩
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生生不息,循环不止。在自然界,食物链将一种生物通过获取其他生物的组织和能量来维持生存作为底层逻辑。
图源:pixabay.com
比如,人类无法直接吸收阳光中的能量,只能通过吃掉可以加工阳光的植物,再把植物中的营养转化吸收。而食肉动物无法有效消化植物,它们就只能吃掉食草动物,让循环的运转走得更久一点。换句话说,大多数生物都是依赖其他生物而活。这个道理,被“躺平”的寄生虫们发挥到了极致:既然靠吸收他人血肉可以活得很舒适,那么何必再努力打拼?更何况,寄生虫还能通过操纵宿主的行为来为自己创造更好的生活环境。犹如劫持了“人质”一般,宿主如果不答应寄生虫的要求,就会面临被“撕票”的后果。
在科学文献中,这种生存方式被称为“适应性宿主操纵假说(adaptive host manipulation hypothesis)”。澳大利亚国立大学寄生虫学家Alex Maier说,寄生虫会诱导宿主做出改变,从而最大限度地满足自己的生存需求,并创造更好的环境,让其不断繁衍。其中,最著名的就是弓形虫。
猫科动物是弓形虫的最终宿主。
图源:Martin Harvey/The Image Bank/Getty
弓形虫是寄生虫界大名鼎鼎的“扛把子”,别名“三尸神”,是细胞内寄生虫,可以随着血液流动到达宿主全身各部位,破坏大脑、心脏、眼底,致使宿主的免疫力下降,患上各种疾病。
弓形虫的生长周期需要两个宿主,中间宿主范围极广,包括爬虫类、鱼类、昆虫类、鸟类、哺乳类等动物和人,最终宿主则是猫科动物。研究发现,感染了弓形虫病的动物出现行为变化,让它们更容易遇到猫——弓形虫唯一可以繁殖的宿主。
虽然目前,弓形虫是否真的能够操纵宿主仍然没有明确证据。我们也不知道它具体是如何操纵宿主行为的。但是,研究寄生虫的生活习性与生命周期规律仍然有重要的科学研究价值。
寄生虫的一生其实非常曲折,然而这种复杂的生存方式却对它很有效。一些寄生虫一生都附着在一个宿主身上,另一些则需要多个宿主才能完成它们的生物旅程。
它们的生命周期运作规律非常复杂:寄生虫在最终宿主体内繁殖并产卵。这些卵随粪便被排出体外,释放到环境中。然后,卵或幼虫被第一中间宿主吸收。在那里,寄生虫继续发育生长到成熟,或者进入第二中间宿主完成生长。一旦它完全长大并准备繁殖,就需要回到最终的宿主——通常是一种特定类型的动物身上。
图源:百度百科
在生命成长的周期中,寄生虫就开始“劫持”并操纵宿主了。比如寄生在青蛙身上的斜睾吸虫(Ribeiroia ondatrae),会让被感染的青蛙外形出现变异,长出更多无用的四肢,通常是后腿。还有绿带彩蚴吸虫(Leucochloridium paradoxum,又称“双盘吸虫”)会进入蜗牛突出的眼孔,并在那里扭曲活动,导致被感染的蜗牛眼部呈现出醒目的颜色,并出现怪异的跳动。
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被感染的林蛙
图源:Goodman & Johnson, PLOS ONE, 2011
然而,青蛙和蜗牛都不是寄生虫的最终目标。它们只是寄生虫在寻找最终宿主——鸟类或哺乳动物,中间的可怜“跳板”。长出很多后腿的青蛙逃跑能力显著降低;而拥有一双“怪眼”的蜗牛则自带醒目的“霓虹灯招牌”,上面写着“请吃我”。
这些寄生虫为什么会拥有如此“高明”的生存智慧?它们怎么知道要把自己摆在更显眼的位置,或者削弱宿主的逃生能力?
事情并不简单。
绿带彩蚴吸虫在想方设法把自己送进鸟类肚子的过程中显得“技高一筹”:它们挤在蜗牛眼柄,让眼部变得更突出、更长。好奇的鸟儿前来啄掉这些突出的怪眼,蜗牛还会再慢慢长出新的眼柄。这样周而复始,就像不断给鸟儿送上“零食”一样,绿带彩蚴吸虫为自己精心搭建了通向繁殖地的“绿色通道”。
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图源:百度百科
在自然界,这样的例子还很多。棘头虫(Pomphorhynchus laevis)能改变虾对于光的反应,使它们更容易被鲤鱼捕食;肺孢子虫(Rhabdias pseudo-sphaerocephala)让甘蔗蟾蜍寻找更温暖更潮湿的环境栖息,从而生活得更舒适。
最“腹黑”还要数枝双腔吸虫(Dicrocoelium dendriticum),一种寄生在牛、羊肝脏和胆管的血吸虫。它实在是太狡猾了,利用自然食物链,为自己设计了周期长却精密的生命循环。
枝双腔吸虫的卵随宿主粪便排出后,会被蜗牛吃掉,并在蜗牛体内孵化发育。然后它们会随着蜗牛的粘液离开,被喜欢甜味的蚂蚁吃掉。然后在蚂蚁体内发育成熟。当蚂蚁被牛羊吃掉时,它又回到了出发点,重新开始一轮新的生命周期。
可能这里你会问,牛羊为什么会去吃蚂蚁呢?
原来,受到感染的蚂蚁虽然会在白天保持正常的行为,然而到了晚上,它们不会像往常一样返回巢穴,而是留在草叶上过夜。当夜间温度降低时,它们的下颚会不由自主地咬住草叶,无法挣脱。当清晨到来,牛羊们出来吃草,无意中就吃掉了被感染的蚂蚁。
如此步步为营的精心计算,寄生虫的世界可比宫斗剧精彩多了。
枝双腔吸虫的“完美谋划”目前已经被科研人员破解了。几年前,一组研究人员对被寄生蚂蚁进行了CT扫描,结果吃惊地发现:虽然大多数寄生虫聚集在蚂蚁的腹部,但总是有一只“孤独的指挥官”紧紧地依附在蚂蚁的大脑旁边。
它是如何控制蚂蚁大脑的?是用化学手段还是物理手段?尚且不得而知。
一只蚂蚁的假彩色CT扫描,显示腹部有包膜寄生虫(emc),大脑有一只无包膜寄生虫(nmc)
图源:Martin-Vega et al., Sci. Rep., 2018
研究寄生虫与宿主之间因果关系的研究困难重重。
就像想要“实锤”寄生虫操控宿主这一结论并不容易一样,研究宿主被寄生虫操控的行为表现也很难,因为这其中可能有无数的驱动因素,让行为数据产生偏差。
2016年,有团队研究弓形虫和人类精神障碍风险之间的关系,结果并没有找到明确的支持证据。2013年一项研究弓形虫是否能操纵啮齿动物的试验也宣告失败。因为,有些宿主行为的改变很难被定义。也许它们只是因为生病不舒服。你很难将这种模糊行为与寄生虫的操控明确地联系上。
就像狂犬病。这种疾病典型症状包括多动、失眠以及对水和新鲜空气的极度恐惧。科学家认为,这与狂犬病病毒释放的一种神经抑制剂有关。当狂犬病症状出现时,采取任何挽救措施都为时已晚。狂犬病是致命的。目前无法在症状出现之前确诊狂犬病。
尽管已知改变人类行为的寄生虫相对较少,但适应性宿主操纵假说是一个值得进一步研究的领域。这些小小的“搭便车者”实际上对整个世界产生着潜在巨大影响。
寄生虫和宿主之间的战斗本质上是一种在“进化”赛道上的长久比拼。寄生虫希望最大限度地增加感染宿主的机会;宿主希望将患寄生虫病的机会降到最低。因此,寄生虫要不断进化自己的适应能力,来在宿主体内存活;而宿主则要进化出对寄生虫更强的抵抗力和耐受力。
这可能会产生一些非常有趣的结论。比如一位心理学家认为,人类大脑的进化有可能是在寄生虫驱动下发生的。这虽然纯粹是理论上的推测,但如果更进一步设想,模仿寄生虫攻击来刺激大脑的防御机制,那么人类大脑进化是不是可以越来越快?
事实上,这并不是一个疯狂的想法。最近,有研究表明,用肠道寄生虫治疗肠易激综合征(如腹腔疾病和克罗恩病)是有希望的。腹腔疾病患者在感染钩虫后,对麸质的耐受性大幅提高,而接受鞭虫治疗的克罗恩病患者通常会病情缓解。
这被称为“蠕虫疗法”。
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大鼠绦虫(膜壳绦虫)被用于炎症疾病的自我治疗
图源:William Parker, CC BY-NC SA
Alex Maier说:“这些自身免疫性疾病对寄生虫感染的反应表明了一个潜在的原因——在过去的50年里,人类是在干净卫生的环境下成长的,这就是‘卫生假说’。以往,我们的免疫系统中用来对付寄生虫的能力被闲置了。它无所事事,便开始攻击自己的组织。”
寄生虫迫使宿主强大起来,以适应新生态的发展。携带寄生虫的动物种群具有更强的遗传多样性,因为这可以限制了寄生虫的发展。这样的“相爱相杀”促进了物种演化的不断前行。
“如果我们能将寄生虫的行为与人类进化适应联系起来,可能会对治疗甚至预防某些疾病产生影响。” Maier表示,“现在,习惯在整洁环境里生活的我们有一种对寄生虫的本能厌恶和反感。但这些‘偷偷摸摸搭便车’的小乘客们存在的意义远远超出我们的想象。也许适应性宿主操纵假说会引发关于我们自身身份可塑性的各种哲学问题,推动我们朝着更远的方向前行。”
参考文献:
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