撰文 | clefable
审校 | 不周
获得美味的食物并吃下它们,对于每种生物,都是一件充满喜悦和满足感的事情。不过,它们的命运很可能会因为一顿饭而彻底改变——而且不存在任何后悔药。
当一只威武的螳螂吃下一只可口的蜻蜓,慢慢消化自己的大餐时,一只或者多只在蜻蜓体内蛰伏了很久的马毛虫(Chordodes,也名为铁线虫)幼虫,就会开始蠢蠢欲动。这类寄生虫在水中孵化后就开始等着被一些昆虫的水生幼虫(包括蜻蜓、蠓、蜉蝣和蚊子等的幼虫)吃下,然后静静地待在它们体内。
时光荏苒,这些昆虫幼虫逐渐成长、变形,最终飞入空中。随着它们进入新的食物链,马毛虫也迎来了进入最终宿主——蟋蟀或者螳螂体内的机会。
满腹“虫虫”
马毛虫幼虫会根据环境中的化学信息,确认自己进入了螳螂体内。在被螳螂的胃液消化前,它们会先一步钻出螳螂的肠道,进入腹腔中——这里就是马毛虫幼虫等了很久的“安乐窝”,只需要靠着在螳螂体内“吸血”、好吃懒做就好,似乎没有任何后顾之忧。
然而,这些马毛虫岁月静好的背后,离不开它们恐怖的操纵技巧。为了维护自己的生存,它们会先让螳螂“闭嘴”,让这些喜欢发出“咔哒咔哒”声的生物突然变得沉默寡言,进而更容易避开捕食者。此后几个月的时间,马毛虫会陆续吸收螳螂腹中的所有营养,越长越长,长到需要一圈圈蜷缩在螳螂的腹腔里,直到将螳螂原来健硕的肚子几乎全部替换完——而在这个过程中,螳螂会一直活着。
之后,马毛虫也进入了性成熟期,下一步就是脱离螳螂的残躯回到水中。螳螂属于陆生昆虫,本性会十分害怕水,因为那里有很多捕食者(鱼),且有被淹死的风险。不过,马毛虫会控制螳螂,让它们尝试靠近水,还会让它们变得非常喜欢光——比如波光粼粼的水面,最终让螳螂潜入水中淹死自己。
而感知到水之后,螳螂肚子里的这些寄生虫就彻底活了。它们扭曲着、缠绕着,从螳螂的尾部一起挣扎着出来。被寄生的螳螂会拉出很多条面目狰狞、体长惊人的黑褐色马毛虫。这些寄生虫差不多都长到30厘米左右,有些甚至可以长到90厘米,远远超过了螳螂身体的长度。
有些螳螂爱好者也会尝试在捕捉螳螂后,将它们的尾部放入水中。这时,螳螂通常会拼命挣扎,但如果它们体内真有寄生虫,这是救它们的好办法。美国新墨西哥大学的寄生虫学家Ben Hanelt在实验室中研究过容易被马毛虫感染的蟋蟀,他发现这类蟋蟀最多可同时被34条马毛虫感染(点击文字,查看精彩视频,胆小者慎点)。想象一下这么多马毛虫涌出的画面,也是不小的震撼!
很难想象,在没有遇到水之前,这些东西怎么能塞进昆虫肚子里,而昆虫还看着一切如常!如果被寄生的昆虫能思考这个问题,它们可能会处在极度惊恐中,又觉得有一点点不可思议(?),但最想的可能是让马毛虫全部灭绝——不过,这可能是办不到了。
师夷技以制夷
马毛虫是一大类寄生虫,有多达300多个物种。它们主要生活在北美、澳大利亚和非洲等地。在美国所有的河流和溪水中,几乎都有这种寄生虫的虫卵。值得庆幸的是,这种寄生虫并不会寄生在人体内。
马毛虫的身体构造非常简单,仅由一层长长薄薄的肌肉鞘和巨大的性腺构成。它们没有嘴,无法咀嚼,也没有消化系统。不过,Hanelt表示,马毛虫生活在真正的食物海洋中,它们可以通过一种“温和”的方式——通过角质层来慢慢吸收宿主体液中的营养。这可能是为何螳螂的肚子被一点点地吸走了,但它们看上去还一切如常。
而更狡猾的是马毛虫操纵宿主的方式。2005年,在一篇发表于《英国皇家学会学报B:生物科学》的研究中,科学家研究了另一种类似马毛虫的寄生虫——金线虫(Spinochordodes tellinii)的蛋白质组,这种寄生虫主要会寄生在蚂蚱和蟋蟀体内。科学家发现了一些关键的线索:金线虫产生的一些“有效”分子会改变宿主的中枢神经系统,进而实现对宿主的行为操纵。此外,它们还会“分子模仿”,通过表达一些宿主会使用的蛋白质的类蛋白,来影响宿主的神经发育等等。
根据最新一项由日本科学家发表于《当代生物学》(Current Biology)的研究,马毛虫也具有类似于金线虫的能力,利用基因优势来操控宿主。然而,这种优势还是偷来的——在寄生螳螂或蟋蟀的过程中,马毛虫会窃取这些昆虫的很多基因,并将其为自己所用。这种现象也称为“水平基因转移”,在细菌中最为常见:一个细菌能通过水平基因转移将一些基因传递给很多的细菌,比如抵抗恶劣环境或者抗生素的基因,让它们存活下去。
在新研究中,研究者获得了处在不同寄生阶段的螳螂的大脑样本,以及寄生的马毛虫的整个样本,并进行了转录组测序。基于分析的结果,他们发现在整个操纵过程中,马毛虫有3168个基因的表达增多,1688个基因表达减少。而在螳螂大脑中基因表达没有出现明显变化。
令人惊讶的是,他们基于这些转录组数据,在数据库中搜索了马毛虫和它们宿主的核酸和蛋白质数据后,发现马毛虫体内竟然有多达1420个基因与螳螂的基因高度相似。他们猜测,马毛虫可能从螳螂体内窃取了上千个基因。如果事实如此,这可能目前发现的最大的物种间基因转移案例。
不过,还有一种可能是存在样本污染的情况。为了验证结果,他们研究了那些脱离宿主的马毛虫,发现大致能重现上述的结果。不过,这一结果仍需要更进一步的验证。
研究人员发现马毛虫在操纵过程中,这些候选的窃取基因中有310个基因会更加频繁地表达。其中很多基因的功能尚不清楚,不过他们确定一些基因表达的酶和马毛虫控制宿主的神经系统有关,能参与调节神经递质以及改变神经连接等等。这些基因让马毛虫发挥着类似于神经元的功能,能操纵多巴胺等。
日本理化学研究所(RIKEN)生物系统动力学研究中心Tappei Mishina(这篇论文的第一作者)表示,与未感染的螳螂相比,一些感染后的螳螂体内的多巴胺水平非常高。这些多巴胺可能会驱动它们的运动。此外,还有一些基因表达的增加和螳螂的趋光性和昼夜节律变化有关,它们可以增加螳螂在白天阳光强烈时的活跃程度,进而增加它们潜入水中的概率。
传承基因遗产
当马毛虫脱离螳螂后,就会开始繁殖,它们会产下大量的卵,而这些卵会在孵化后变成幼虫,继续等待被水生昆虫吃,并再次进入到螳螂体内。除了马毛虫之外,对于这个周期中的任何昆虫来说,这都像是一个不停歇的致命循环。不过,一些研究者也曾观察到一些幸运螳螂。它们在水中没有淹死,也没有被吃掉,它们回到了岸上,开始了脱离寄生后的新生活——当然,也可能是重新回到了马毛虫的致命循环。
然而,马毛虫因为偷取基因,获得的“美好”寄生生活,并不是一次寄生或者一次努力的结果。通过分析马毛虫偷取的这些基因,研究者发现,马毛虫可能在漫长的演化过程中,不断地偷取宿主螳螂的基因,进而有了这样庞大数量的基因积累。这些偷来的基因被整合到它们自己的基因组中,传递给下一代,并不断补入新偷来的基因,维持这个过程。通过不断的积累和筛选,马毛虫最终实现了对宿主的精确操纵。
这样的现象在自然界中并非孤例。2012年,在一篇发表于《公共科学图书馆-病原体》(PLOS Pathogens)的研究中,科学家分析了一种会在毛毛虫体内寄生的杆状病毒。被这种病毒感染的毛毛虫会一层层地爬到植物顶端,并在那里死去。这时,杆状病毒会从枯萎的虫子体内出来,开始下一轮的感染。科学家发现这种病毒也曾经从毛毛虫祖先体内窃取了一个关键基因,该基因帮助进入毛毛虫脑组织的病毒,控制着毛毛虫爬向植物的顶端。
这些寄生虫的生命周期,一直隐藏在我们能看到的食物链之下。而它们的目的正是将一些生物拉出食物链,用生命帮助它们延续基因。
马毛虫:哪有什么岁月静好,得亏有祖荫庇护。
参考链接:
https://www.wired.com/2014/05/absurd-creature-horsehair-worm/
https://www.businessinsider.com/how-hairworms-control-brain-of-mantis-host-scientists-discover-2023-11
https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1002644
https://phys.org/news/2021-06-parasites-mantis-polarized-light-perception.html
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37863060/
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)00660-6?