本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
寄生虫也许是自然界中最伟大的操控大师。即使它们很小,数量却很庞大,对个体甚至整个生态系统都有巨大的影响。对于寄生虫来说,主要目标是增加其数量并成功地操控宿主以帮助其实现这一目标。最简单的方法之一是诱导变化,从而增加寄生虫在宿主之间的传播。从这个意义上讲,操控可以被认为是某些寄生虫的特征,并且宿主在不知不觉中,最终结果可能是一些非常奇怪的行为。
众所周知,在对新物体的恐惧方面,野生老鼠是最厌恶新事物的生物之一。它们远离不熟悉的事物,包括新的食物来源。这种极度谨慎的倾向有助于它们在险恶的世界中生存。正如您可能注意到的,老鼠并不短缺,至少通常的品种是这样。您可能会认为捕食者和人类是对老鼠最大的威胁。从某种意义上说,这是准确的,但一种更阴险的危险潜伏在可能被一种叫做弓形虫的寄生虫污染的水源中。
许多人熟悉这种小小的原生动物,因为它对孕妇有风险。猫是这种寄生虫的主要宿主,因为它只能在猫的肠道中繁殖,但也有许多合适的中间哺乳动物宿主,包括人类和老鼠。这种寄生虫是最普遍存在的寄生虫之一,感染率从熊、鹿、家鸡、牛、绵羊、海獭和兔子等动物的 38-70% 不等——仅举几例。最容易感染它的方式是食用未煮熟的肉。这就是猫通常获得感染的方式;从它们捕获和吃掉的老鼠或鸟类中获得。
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人们认为,这种原生动物如此成功的原因之一可能与宿主,特别是中间宿主中引起的异常行为变化有关。这在小鼠和大鼠中得到了充分的研究。如果您还记得,大鼠是最谨慎的哺乳动物之一——这一事实促成了它们的成功。然而,一旦它们感染了弓形虫病,它们就会失去恐惧,而不仅仅是对新物体或食物的恐惧。它们特别失去了对猫的恐惧!
研究人员测试了实验室大鼠对猫气味的厌恶程度,并将感染个体与未感染个体进行了比较。尽管许多代没有接触过猫,但未感染的大鼠对猫的气味有强烈的厌恶感。一些感染的大鼠不仅对猫的气味表现出厌恶感降低,而且有些实际上更喜欢猫的气味!从本质上讲,感染弓形虫病会使一些大鼠有自杀倾向,因为它们想要靠近危险的捕食者。
这种令人费解的、致命的吸引力操控只影响它们对猫的恐惧,似乎不会改变大鼠的任何其他行为——或许除了雌性大鼠似乎觉得受感染的雄性更具吸引力之外。寄生虫改变大鼠行为的精确性与以杏仁核为中心的脑损伤有关,您可以将其视为大脑的恐惧中心。我们人类也可能受到感染的行为影响。尽管尚无定论,但一些研究人员怀疑,受感染的女性对男性更具吸引力,并且更善于交际。还有一些证据表明,男性和女性感染弓形虫病都会降低寻求新奇事物的行为(与大鼠相反),并缩短反应时间,从而导致更高的交通事故发生率。
最近,一种更令人不快的心理副作用可能与感染有关:精神分裂症。人类弓形虫病感染会对大脑中的多巴胺水平产生影响,而多巴胺失衡也与精神分裂症的发展有关。无论这是否是最终的机制,人类弓形虫病感染与精神分裂症之间存在相关性,有一天可能会为这种使人衰弱的疾病提供新的治疗选择。
您可能会认为这很极端,但就行为操控而言,弓形虫病感染只是冰山一角。例如,在蟋蟀和蚱蜢中,有一种小虫子会导致它们表现得非常奇怪。这种不起眼的小虫子,即铁线虫,幼年时生活在节肢动物(昆虫、蜘蛛等)体内,但成年后则自由生活在河流、湖泊和小溪中。它们在水环境中繁殖,但在非水生无脊椎动物体内发育。这就造成了一个难题:如何在不死亡的情况下从一个环境过渡到另一个环境?似乎它们想出的巧妙解决方案是让它们不喜水的昆虫宿主突然寻找水源并直接潜入水中。
当然!昆虫的问题是它不会游泳,所以这对宿主来说相当不利。与弓形虫一样,成年铁线虫非常精确地操控宿主的行为,以至于突然有一天晚上,毫无征兆地,蟋蟀或蚱蜢竭尽全力远离水源。当然,这对于铁线虫的生存和保证其生命周期的延续非常有利,而且确实至关重要。一项研究观察了蚱蜢和铁线虫的蛋白质表达,结果显示,当蚱蜢寻找水源时,其中枢神经系统中的蛋白质表达更多,这表明操控甚至达到了蛋白质水平!
当我们观察蛾子,特别是舞毒蛾时,事情变得越来越奇怪。这真的是噩梦和科幻小说的素材。想象一下一个邪恶的病毒在背景中幸灾乐祸地笑着。像蝴蝶一样,蛾子也要经历几个发育阶段。第一阶段是卵,产在寄主植物叶子的背面。舞毒蛾则稍微不那么讲究。它们会将卵产在树干、树枝上,任何能提供一丝遮蔽的地方。
卵成簇产下,幼虫在春天孵化。幼虫孵化后要经历几个阶段,随着生长而蜕皮(脱掉外壳)。幼虫阶段就是我们所知的毛毛虫。当它们准备化蛹时,可能需要几天到两周的时间。对于那些不幸感染病毒的个体来说,这个美妙的过程会被粗暴地打断。确切地说,是一种杆状病毒。
感染了这种病毒的蛾子幼虫变得像僵尸一样,使命就是爬到树梢。这种现象是众所周知的,在蚕中被描述为萎凋病。另一个词“Wipfelkrankeit”,或树梢病也被使用。为什么要诱导它们做出这种奇怪的行为?显然,它们在死亡并开始液化之前会爬到树梢。是的,您没看错,液化。最终结果:通过像雨一样洒落在下方不幸的毛毛虫身上,病毒得以极好地传播。在受感染的、现已死亡的毛毛虫的“液体”中,有数百万甚至数百万的病毒颗粒。
我想这有点像可怕的喷嚏。当我们打喷嚏时,我们会通过空气传播病毒。当毛毛虫液化时,它们会向下传播病毒。事实证明,病毒中有一个单一基因可以阻止蜕皮过程,并导致它们在大白天(对美味的毛毛虫来说是不明智的行为)移动到树梢。病毒中的一个基因是如何实现这一点的?该基因产生一种酶,可以阻止毛毛虫的蜕皮过程。与引起大鼠脑损伤的原生动物或影响蟋蟀蛋白质表达的蠕虫不同,这里的情况是一个物种中的一个基因影响另一个物种的生理机能和行为。
还能更怪异吗?哦,是的,确实如此。真菌将蚂蚁变成僵尸,并引起由虫草菌引起的“锁颚”。操控的第一步是让蚂蚁离开巢穴。第二步是让蚂蚁爬上某个东西,一片草叶就足够了,非常感谢。第三步是让蚂蚁咬住并永不松口。蚂蚁死了,真菌从蚂蚁的大脑中冒出来并传播开来。真菌得一分,蚂蚁得零分。
实际上情况比这更糟。真菌孢子在蚂蚁呼吸时进入蚂蚁体内。在某个时候,当真菌准备产生孢子(想想幼小的真菌)时,它会迁移到蚂蚁的大脑中。它生长,这导致蚂蚁的行为变得不符合蚂蚁的特征(您认为呢?)。在某个时候,当蚂蚁爬到植物组织上并咬住时,下颌骨(下巴)的肌肉会萎缩,这意味着蚂蚁无法松开咬合。然后真菌会吃掉蚂蚁的大脑,然后从它的头部发芽,并将它的孢子散布到世界各地,寻找更多的蚂蚁。
真菌只有在产生这种从蚂蚁头部后部长出的茎后才能繁殖,而且它需要将蚂蚁弄到巢穴外面,因为其他蚂蚁会迅速清除死去的伙伴。以下是蚂蚁可以被精确操控进食的方式。似乎它们可以被诱导在同一时间(中午)咬住叶子,并且朝向相似的方向:北西北。搞清楚了。研究人员尚未完全弄清楚为什么蚂蚁需要在中午左右咬住叶子或朝向这个特殊的方向。
从其他种类的蚂蚁(当感染了肝吸虫幼虫时,它们会在夜间溜到外面,咬住一片草叶,希望绵羊会过来吃掉它们),到被诱导摇晃和抖动触角以吸引鸟类以便被吃掉的蜗牛,这些微小的生物是一些最成功的操控者。除非您认为我们人类可以免受这些生物世界微型大师的影响,否则请再想一想。弓形虫引起的行为变化可能只是揭示寄生虫、细菌和病毒对人类行为影响的开始。随着我们发现更多由寄生虫驱动的影响,我们很可能会开始怀疑:我们真的是我们认为的那样吗?
图片
1. 嘴里叼着老鼠的猫,作者:Lxowle,来自维基共享资源; 2. 感染虫草菌的蚂蚁,作者:Alex Wild,已获许可; 3. 舞毒蛾毛毛虫,作者:Materialscientist,来自维基共享资源。
参考文献
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