新西兰科学家破解寄生虫操控蠼螋投水而亡之谜

科学家们长期以来对一种令人毛骨悚然的生物现象着迷:寄生虫强迫陆生宿主主动走入水中淹死自己,以便完成自身的生命周期。

这听起来像科幻恐怖片的情节,但奥塔哥大学(University of Otago)领导的一项开创性研究,如今揭示了这种诡异宿主操控行为背后的分子机制。

研究发表于《英国皇家学会会刊B辑》(Proceedings of the Royal Society B),团队利用先进的转录组测序技术,解读了欧洲蠼螋(European earwig,学名Forficula auricularia)与寄生虫马毛线虫(mermithid nematode,学名Mermis nigrescens)之间的基因层面互动。

解剖学系(Department of Anatomy)资深作者Neil Gemmell教授表示,线虫发育成熟后,会迫使蠼螋宿主主动寻找水源供其繁殖,一旦找到水源,寄生虫便会离开宿主体内,导致宿主死亡。

他说:“这是宿主操控行为的典型案例,但其背后的机制此前一直不甚清楚。我们的研究揭示了寄生虫与宿主在基因层面如何相互作用,从而产生这些剧烈的行为变化。”

研究团队检测了从未感染宿主到行为被操控那一刻之间多个发育阶段的基因表达情况。

“我们发现,两种生物体内同时有数千个基因的活跃程度发生变化。在操控发生期间,蠼螋的感觉和信号传导通路活跃度上升,而寄生虫则激活了与运输和分泌相关的基因。两者还共享一个共同的调控信号,这表明存在协调一致的分子变化。”

论文第一作者、现供职于布朗大学(Brown University)的Upendra Bhattarai博士表示,寄生虫这种“悄无声息”的策略尤其出人意料。

他说:“这种线虫会安静地与宿主共存,不会引发大规模的免疫或神经系统警报,直到它完全发育成熟,促使宿主进行致命的最后一次游泳。”

共同作者、英属哥伦比亚大学(University of British Columbia)的Jean-François Doherty表示,宿主操控行为是“扩展表现型”(extended phenotype)的一个例子,即一种生物的基因实际上决定了另一种生物的行为。

他说:“这项研究首次为理解马毛线虫如何劫持昆虫行为提供了完整的基因框架。找到这一行为背后确切的候选通路,为未来研究寄生虫如何与中枢神经系统相互作用创造了机会,包括在人类和牲畜身上的相关研究。”

共同作者、奥塔哥大学动物学系(Department of Zoology)名誉教授Robert Poulin表示,这类寄生虫操控现象十分普遍,在新西兰本土动物中也有多个例子,其中之一便是本土的毛虫—维塔(wētā)系统。

共同作者、新西兰生物经济科学研究所(New Zealand Institute for Bioeconomy Science)的Eddy Dowle博士研究这对生物中类似寻水行为的基因基础,她表示这两种寄生虫—宿主系统之间的相似性,为理解复杂性状如何演化提供了独特机会。

她说:“宿主操控现象为理解一种生物如何影响另一种生物的行为提供了绝佳机会,未来对这两个系统的比较研究,或许有助于我们发现寄生虫操控宿主所使用的共同机制。”

该研究由新西兰皇家学会马斯登基金(Royal Society Te Apārangi Marsden Fund)和奥塔哥大学资助。