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你讨厌寄生虫吗?实际上寄生生物可能正在操纵着地球上的进化

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生活并不总是直截了当的。例如,食物链由一连串的有机体组成,它们窃取了其他生物体的能量处理能力。

我们不能将阳光转化为我们所需的能量糖,我们只能等待植物来做这件事,然后吃掉它们。食肉动物不能消化植物,它们等待其他动物吃植物,然后再吃那些动物。

上图:猫科动物是著名寄生虫弓形虫的最终宿主,被认为会影响宿主的行为。

换句话说,我们中的大多数人都以某种方式依赖其他生物 —— 但寄生生物将这一概念带到了最终结论。既然你能让其他生物为你做这件事,为什么还要继续艰苦的生活呢?或者,更好的是,让他们为你做事。

这就是寄生虫学的狂野西部:寄生生物不只是搭顺风车,而是以某种方式劫持宿主的身体,驱使宿主做出对自己有利的行为 ——往往对它们自己造成极大的,甚至是致命的伤害。

澳大利亚国立大学的寄生虫学家亚历克斯·迈尔(Alex Maier)表示:“在科学文献中,这种情况被称为适应性宿主操纵假说。这意味着,寄生虫实际上诱导了宿主的改变,这可能会使寄生虫病最大化。这样寄生虫就会更频繁地分布,那里就会有更多的寄生虫。”

你以前可能听说过这个。最著名的例子之一是“弓形虫(Toxoplasma gondii)”,它会导致一种叫做“弓形虫病”的疾病。

上图:弓形虫(Toxoplasma gondii)。

研究发现,感染了弓形虫的动物表现出行为上的变化,冒更多的风险,并且行为方式可能使它们更容易遇到猫 ——猫是使这种寄生虫能够繁殖的唯一宿主。

弓形虫是否真的能操纵宿主仍在调查中,但弓形虫只是一种寄生虫。有许多寄生虫会以不同的方式调整它们的宿主,有趣的是,我们通常不知道它们是如何做到的。

寄生虫的生活非常复杂和迂回,但它似乎非常有效。有些寄生虫整个生命周期都依附在一个宿主上,而另一些寄生虫则需要多个宿主来完成它们的生物旅程。

以下是更复杂的生命周期的运作方式:

寄生虫在被称为“最终宿主”的地方繁殖并产卵。这些卵通常以粪便的形式被排放到环境中;卵或幼虫随后会被第一个中间宿主吸收。在那里,寄生虫继续发育,它可以继续生长到成熟,或者找到第二个中间宿主来完成它的生长。一旦它完全长大并准备繁殖,它就需要回到最终宿主那里 —— 通常是一种特定的动物,比如弓形虫和猫。

这就是适应性宿主操作发挥作用的地方。

寄生虫操纵宿主最明显的方式,是以某种方式改变宿主的身体。其中一些会非常奇怪。

“Ribeiroia ondatrae”,一种青蛙变异扁形虫,顾名思义,是一种使青蛙变异的扁形虫。具体来说,它似乎是针对青蛙的后腿。感染了这种寄生虫的青蛙会长出额外的、无用的四肢 —— 有时会长出很多。

上图:一种太平洋合唱蛙(太平洋树蛙),感染了青蛙变异扁形虫。

另一种扁形虫,被称为“双盘吸虫(Leucochloridium paradoxum)”,它进入蜗牛的眼柄,在那里膨胀和跳动,创造出引人注目的运动和颜色。

在这两种情况下,寄生虫的最终目标都不是青蛙或蜗牛。这两种寄生虫都能在中间寄主体内生存和生长,但它们只能在鸟类体内繁殖(或在哺乳动物体内繁殖)。

因此,它们的最终目标是增加青蛙和蜗牛(或者它们的眼柄)被吃掉的可能性,同时也带走了寄生虫。

以青蛙为例,寄生虫降低了青蛙的机动性和逃跑能力。在蜗牛的例子中,五颜六色的展示就像一个霓虹灯标志,告诉鸟类“零食在这里”。(有趣的是,寄生虫学家亚历克斯·迈尔指出,蜗牛的眼柄在被鸟吃掉后会再生,所以,同一只蜗牛可以为鸟提供许多零食。)

在这些情况下,研究人员已经了解了寄生虫是如何做这些事情的。

青蛙变异扁形虫的幼虫会被吸引到其第二中间两栖动物宿主的肢芽上;它们将自己包围在这个区域,在那里它们会影响宿主肢体的生长。而双盘吸虫会把自己放在对捕食者最显眼和最有吸引力的地方。

但事情并不总是那么简单的。

一切都在头脑中

双盘吸虫还有另一个妙招,这个更难搞清楚。感染了寄生虫的蜗牛的行为也与未感染的蜗牛不同。

上图:感染了双盘吸虫的蜗牛。

寄生虫学家亚历克斯·迈尔解释说:“绿色带状孵化囊也改变了它们的行为,而不仅仅是形态。这就是眼柄的肿胀和眼柄的跳动行为。同样,它们会向外移动,这样鸟类就会进来,然后,它们就可以摘走那些眼柄。”

实际上,大量的寄生虫都有类似的行为。“棘头虫(Pomphorhynchus laevis)”颠倒了中间宿主虾对光的反应,这使得它们更容易受到作为最终宿主的鲤鱼的捕食。感染“肺孢子虫(Rhabdias pseudosphaerocephala)”的甘蔗蟾蜍会寻求更温暖的温度和潮湿的环境,这分别增加了寄生虫的生长和生存能力。

一个特别吸引人的例子是“支双腔吸虫(Dicrocoelium dendriticum)”,一种柳叶刀肝吸虫,它以羊和牛为最终宿主,但它是如何到达羊和牛身上的,确实是迂回曲折的。

一旦吸虫繁殖,卵就会随寄主的粪便排出,随后被蜗牛吃掉,在那里孵化和发育。在这一点上,它们通过蜗牛的粘液离开,蜗牛粘液中含有一种对蚂蚁来说非常美味的含糖物质。在蚂蚁体内,寄生虫发育成熟,然后被牛羊吃掉,在那里它可以重新开始生命周期。

“逻辑上的缺陷是牛是素食主义者。它们为什么要吃蚂蚁呢?”寄生虫学家亚历克斯·迈尔说。“实际上,受感染的蚂蚁会在晚上爬上草叶。白天,它们表现得很正常。在晚上气温下降时,蚂蚁通常会回到它们的巢穴。但那些被感染的回爬上草地。当温度进一步下降时,它们的下颚会痉挛,实际上它们把自己锁在草上。于是,它们在那片草地上过了一夜;早上,牛来了,吃草,顺便吃进了那些被感染的蚂蚁。”

不知怎的,寄生虫劫持了蚂蚁,并驱使它做出致命的行为,以回到奶牛体内去参加那场侥幸者的吸虫性派对。

还是在头脑中?

我们确实知道支双腔吸虫是如何做到这一点的。几年前,一组研究人员对被寄生蚂蚁进行了CT扫描,发现,虽然大多数寄生虫都聚集在腹部,但几乎总是有一个孤独的寄生虫就在蚂蚁的大脑旁边。

上图: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)。

我们仍然不知道支双腔吸虫到底做了什么,但它可能通过化学或物理方式操纵蚂蚁的大脑。

然而,在许多情况下,我们并不知道真正的幕后黑手,尤其是对人类寄生虫而言。原因是我们通常依赖于行为数据,而行为是一件复杂的事情,有无数可能的驱动因素,包括个性。我们选择行为数据纳入研究的方式可能存在偏见。

例如,2016年发表的一项出生队列研究发现,几乎没有证据支持弓形虫会像之前断言的那样,导致人类精神疾病风险增加或冲动增加。

事实上,弓形虫是否会操纵啮齿动物也不是很清楚。2013年的一项研究发现,证据并不令人信服。将这些变化与寄生虫操纵联系起来可能极其困难。

也许宿主的行为不同只是因为他们感觉不舒服,因为他们感染了寄生虫。

狂犬病的情况更令人信服。行为症状包括多动、失眠、极度害怕水和新鲜空气,科学家认为,这与狂犬病毒释放的一种类似毒素的神经抑制剂有关。

等到狂犬病出现症状时,做任何事情都太晚了;这样的病例几乎都是致命的。而且我们没有办法在症状出现之前诊断狂犬病。

虽然,已知的能够改变人类行为的寄生虫相对较少,但适应性宿主操纵是一个值得进一步研究的领域。这些小小的搭便车者,实际上对更大的世界有着巨大的影响。

推动进化

寄生生物和宿主之间的斗争是一种进化军备竞赛。寄生虫想要最大化它到达最终宿主的机会;宿主想把感染寄生虫的几率降到最低。

因此,寄生虫会发展出适应性,帮助它感染宿主,而宿主也会相应地增强对寄生虫的抵抗力和耐受性。

这会产生一些非常有趣的结果。一位心理学家甚至从理论上探讨了人类大脑的进化可能至少部分是由寄生虫驱动的这一概念。

虽然纯粹是推测,但这个想法有一些有趣的含义,比如模仿寄生虫的攻击来刺激大脑的防御机制。

这个想法并不奇怪。最近的研究表明,用生活在肠道中的寄生虫治疗肠易激疾病(如乳糜泻和克罗恩病)是有希望的,这被称为“蠕虫疗法”。

乳糜泻患者在感染钩虫后会对麸质耐受性大幅增加,而克罗恩病患者接受鞭虫治疗后通常会进入缓解期。

上图:鼠绦虫(缩小膜壳绦虫),通常用于炎症性疾病的自我治疗。

寄生虫学家亚历克斯·迈尔说,这些都是自身免疫性疾病,对寄生虫感染的反应表明了一个潜在的原因。

他解释说:“在过去的50年里,人类的某些部分在卫生的环境中长大 —— 这就是‘卫生假说(hygiene hypothesis)’。我们免疫系统中通常用来对付这些寄生虫的部分现在闲置了。这没什么关系。在一些个体中,它开始攻击自己的组织。”

寄生迫使宿主和寄生虫都多样化,进入新的生态位,适应。携带寄生虫的动物种群具有更大的遗传多样性,因为这限制了寄生虫的成功。

如果,我们能将寄生虫的行为与我们自己的进化适应联系起来,这可能会对我们如何治疗甚至预防某些形式的疾病产生一些影响。

然而,除此之外,能够操纵宿主的寄生虫为我们了解它们的生物学提供了线索。例如,改变一种神经递质,就像狂犬病一样,可以帮助我们了解神经递质是如何工作的。

一直以来,我们倾向于以讨厌和厌恶的态度来看待寄生虫,但这些蠕动的生物比跳动的眼球柄要重要得多,无论它们多么生动、多么引人注目。

也许,适应性宿主操纵的想法开启了各种各样关于我们自身身份可塑性的哲学问题,但也许,我们的小乘客也在推动我们所有人向前和向上走向更伟大的事物。

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