帶你一窺寄生蟲的神奇世界

來自專欄博科園

來自動物學系裡的亞歷克斯·貝茨、克雷格·麥克萊恩和凱拉·金，闡明了他們最近發表在《科學》雜誌上的研究成果，該研究解決了寄生蟲群落對進化變化和多樣性的影響。達爾文發表《物種起源》已經有150多年的歷史了。儘管如此，生物多樣性的進化和後果仍然是進化生物學家們仍在研究的迫切問題。世界上到處都是寄生蟲，它們與宿主的拮抗作用會產生巨大的進化後果。幾乎所有的生物都感染了寄生蟲，甚至是寄生蟲自己。

圖像顯示了來自這個實驗的祖先細菌生長在一個培養皿中使用相同的生長介質作為實驗，這些細菌在紫外光下是天然的熒光。圖片：Oxford Science Blog

博科園-科學科普：受到嚴重感染的寄主可以在強大的自然選擇下，因為它們不可能繁殖。宿主可以相互促進對寄生蟲的強大選擇，因為抵抗宿主可以擊退它們，使寄生蟲具有致殘能力，從而產生感染和繁殖。這種強烈的相互對立可以推動快速的進化變化，並被認為對生物學的許多其他方面負責，從性別到物種形成。宿主經常受到多種不同的寄生物種的攻擊，測試了這種寄生蟲的多樣性是否會在進化的時間(例如共同進化)中形成與宿主的相互對抗。

發表在《科學》期刊上的研究中，研究了單胞菌、綠膿桿菌的相互作用，它是噬菌體寄生蟲的宿主——微小的病毒感染細菌宿主細胞，在這些細胞內繁殖，並爆發宿主，釋放它們的後代。這種寄主寄生系統非常有用，因為我們可以實時觀察假單胞菌和噬菌體的協同進化。在實驗開始時使用的細菌克隆對我們所有的病毒寄生蟲都很敏感。然而，這種細菌通過改變細胞表面，使噬菌體更加難以附著和感染，從而迅速進化出對噬菌體的抗性：噬菌體在注入它們的致命DNA之前必須附著在細胞表面。

這張圖片顯示的是寄生的噬菌體(綠色)在細菌表面(藍色)上聚集。圖片：University of Jyvaskyla

作為回應，噬菌體進化出了可以附著在改變的細胞表面上的修飾結構。不同的寄生蟲群落在許多生態系統中是典型的。研究表明，相對於單個寄生物種的感染，寄生生物多樣性可以推動宿主抗性的快速進化。宿主種群之間的進化差異也越來越大。最終，種群之間的基因組分裂可能導致新的細菌和噬菌體的形成。在實驗中，還測試了增加的寄生生物多樣性是否改變了寄主和寄生物之間的共同進化模式。進一步研究了變化是如何通過宿主和寄生蟲基因組的突變來調節的。這些變化的本質往往會成為兩種相互競爭的描述之一：軍備競賽和紅皇后。

隨著時間的推移，軍備競賽會不斷地增加宿主的抵抗力和寄生蟲的傳染性，這樣未來的宿主(和寄生蟲)種群總是比祖先更有抵抗力(或傳染)。相比之下，紅皇后共同進化是由旋轉策略的模式主導的，以匹配你現在的對手，這樣，今天的策略應該對你的對手最有效，而不適合過去或未來的對手。研究表明，寄生族可以形成快速對抗共同進化的溫床。隨著寄生蟲多樣性的增加，共同進化傾向於更強的宿主和寄生蟲之間的軍備競賽。隨著寄生蟲多樣性的增加，共同進化加速。寄主和寄生物都進化出更大的抗性和傳染性。

這整個過程的基礎是，東道國向傳播一種適用於各種敵人的一般防禦戰略的轉變。保持不同種類的抵抗，特別是在社區中對抗每一個寄生蟲不是最好的方法。宿主使用廣義抗性機制的能力對於我們在面對大量寄生蟲時所看到的進化加速至關重要。這些結果對我們思考快速進化的動力和多樣性的進化有著深遠的影響。很有可能，寄生群體在自然生態系統中所觀察到的高水平的生物多樣性，如亞馬遜熱帶雨林，發揮了一定的作用。

博科園-科學科普｜參考期刊：科學｜來自：牛津大學

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