本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
世界上最珍贵的液体不是黑色的,而是红色的。据一些估计,有超过14,000种昆虫和其他爬行动物以血液为食。每个纲和目似乎都有其嗜血的家庭成员。最著名的吸血蛛形纲动物,如螨虫、蜘蛛和蝎子等八条腿的动物,是蜱虫。本月,南非研究人员在PLoS ONE上宣布重新发现了罕见的蜱虫。这种奇怪的生物有可能解答一些仍然围绕着这些寄生吸血虫的进化问题。
蜱虫分为两种。有软蜱 (Argasidae) 和硬蜱 (Ixodidae)。硬蜱的名字来源于它们背上携带的大而坚硬的盾板。软蜱没有这个盾板,而是有一层皮革般的“皮肤”。软蜱和硬蜱的另一个区别是口器的位置。硬蜱的口器位于身体的前部,给人一种“头部”的印象,而软蜱的口器则位于腹部。
虽然这些差异足以将蜱虫分为两个不同的科,但关于这些科是如何以及何时进化的,仍然存在许多不确定性。一些研究人员认为,蜱虫是从类似螨虫的生物进化而来的,早在4亿年前的泥盆纪。这些早期的蜱虫可能寄生在最早的两栖动物身上。另一些人则认为蜱虫的进化时间要晚得多,大约在1亿年前的白垩纪。甚至连吸血行为是在所有蜱虫的共同祖先中进化了一次,还是在硬蜱和软蜱中独立进化了两次,都还不清楚。
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如何解决这个蜱虫难题?引入第三个蜱虫科:纳塔利蜱科。这个科中唯一的蜱虫物种,纳塔利蜱,是一种奇怪的生物,它结合了软蜱和硬蜱的特征。它携带一个小型的假盾板,并且像硬蜱一样头部在前,但它也像软蜱一样具有皮革般的皮肤。这种“软硬蜱”的混合性质使其非常适合阐明蜱虫进化史上的一些黑暗角落,但问题是:它最后一次被发现是在1981年,在南非。
寻找这种小寄生虫很困难,因为没有人知道它以哪种动物为食。到目前为止,生物学家只收集到了21个标本。这些标本是在岩石下、博物馆中布满灰尘的细尾獴皮毛中以及条纹燕子的巢穴中发现的。因此,哺乳动物和鸟类似乎是可能的宿主,但是尝试让这些蜱虫以鸽子、兔子和啮齿动物为食都失败了。
并不是生物学家没有尝试寻找纳塔利蜱。PLoS ONE研究的合著者之一丹尼尔·德克勒克已经寻找它近三十年了。他甚至在一次探险中因为蛇咬伤而失去了一个指尖。本月,他和比勒陀利亚大学的同事们终于获得了回报。他们发现了30只蜱虫,包括许多活着的蜱虫,地点离该物种1930年首次被发现的地方不远。该研究的主要作者本·曼斯描述了这次发现
“我们纯粹是靠运气找到它们的。我们沿着一条土路行驶,我看到一片绿草地,就停了下来。丹尼尔开始在裂缝中的岩石上翻找,用放大镜观察,突然他喊道他发现了什么。就是这样。知道我们找到了一种我们几乎没有机会找到的蜱虫,感觉真是太棒了。那是科学真正有价值的时刻之一。”
研究小组很快就知道这些蜱虫是纳塔利蜱
“它们真的很小,并且很好地融入了周围环境,所以它们可能很难被看到。然而,它们的腿呈明显的红棕色,当你用相机放大时,它们的假盾板清晰可见。所以我们知道这些可能就是正确的蜱虫。当天晚些时候,我们使用体视显微镜对它们进行了鉴定,我们的预感得到了证实。”
一些雌性蜱虫最近进食过,并且体内仍然携带了先前宿主的血液。在解剖蜱虫并取出其内脏后,研究小组看到蜱虫受害者的血细胞有细胞核,这表明血液来自爬行动物或鸟类(哺乳动物的血细胞没有细胞核)。对血液的DNA分析显示,血液来自几种蜥蜴,包括一些环尾蜥属物种。后来的活体喂养实验证实,纳塔利蜱很高兴以蜥蜴为食,从而解开了宿主缺失之谜。然而,曼斯说,很少有蜱虫只以蜥蜴为食,纳塔利蜱很可能是一种杂食性动物。
比宿主的身份更有趣的是这种小蜱虫本身的性质。纳塔利蜱的旧博物馆标本太旧了,无法提取DNA,但是从新鲜的蜱虫中分离DNA却没有问题。基于这种DNA,曼斯和他的同事们发现纳塔利蜱位于蜱虫科族谱的基部。这意味着硬蜱和软蜱比所有三个科共同拥有更近的祖先。这样的位置非常适合推断祖先蜱虫必须具有哪些特性。例如,由于所有三个科的蜱虫都以血液为食,因此祖先蜱虫可能也是如此。
由于纳塔利蜱仅在南非出现,曼斯认为蜱虫的起源也位于该地区,大约在2.7亿年前。那时,非洲仍然是冈瓦纳古陆的一部分,冈瓦纳古陆包括南极洲、南美洲和澳大利亚。正如曼斯在他的论文中写道,那是一个动荡的时代。许多古老的谱系,例如那些将导致现代蜥蜴、哺乳动物和鸟类的谱系,都是在这个时期建立的。脊椎动物的进化正处于鼎盛时期。然后灾难降临了。大约在2.5亿年前,地球上大多数物种灭绝。以前从未有过,此后也从未有过如此多的物种灭绝。
这场剧变一定影响了这些古老的蜱虫。毕竟,它们的许多宿主都灭绝了。软蜱和硬蜱最终遍布世界各地,并演化成许多不同的物种,也许是随着脊椎动物生命从“大灭绝”中恢复过来。然而,纳塔利蜱的祖先却在非洲苟延残喘,没有繁衍出一个庞大的家族。也许这个祖先在二叠纪灭绝后很难转换宿主,但这只是推测。曼斯说,“目前还没有人认真考虑过为什么不同蜱虫谱系之间的物种丰富度会存在差异。” 考虑到找到纳塔利蜱的难度,这个谱系是真的不幸,还是更多的家族成员隐藏在非洲某处的岩石下,还有待观察。
图片
蜱虫解剖图来自ticktexas.com
其他图片来自参考文献。
参考文献
Mans BJ, de Klerk D, Pienaar R, & Latif AA (2011). 纳塔利蜱:活化石和祖先蜱虫谱系最近的亲属:对蜱虫吸血进化的启示。《公共科学图书馆·综合》,6 (8) PMID: 21858204