撰文 | Christopher Packham

  翻译 | 蒋泽华

  审校 | 刘宇航 石云雷

  寄生虫作为一种令人头疼的真核生物已经存在了数百万年,科学家认为它们很可能会影响宿主的进化。美国新墨西哥大学的教授Marco Del Giudice甚至认为,操纵宿主行为的寄生虫可能会促进人类大脑的进化。近期,在一篇发表于Quarterly Review of Biology的研究中,Giudice讨论了4种宿主演化出的、应对操纵脑部的寄生虫的策略。

  操纵宿主行为

  许多寄生虫为了提高自身的繁殖率和传播率,会操纵宿主的行为。Giudice举出了一个例子:弓形虫(Toxoplasma gondii)会搭乘老鼠的顺风车,导致它们脑部杏仁核中细胞发生表观遗传学变化。这些变化会使老鼠不再厌恶甚至接近猫,使得弓形虫能寄生在猫体内。而只有寄生在猫体内,弓形虫才能繁殖。它也可以感染人类,在感染人类后,它们无法生殖,但可能会改变人类的行为。

  弓形虫 来源:Wikimedia Commons, the free media repository

  Giudice还例举了狂犬病的例子,狂犬病病毒会促使感染者分泌更多的含病毒的唾液,并使感染者产生恐水症,增加他们的攻击行为和咬人的可能性,进而通过这种途径传播。此外,许多已知的性传播病原体会操纵宿主的性行为。

  因此我们有理由认为,人脑在进化过程中会产生一些保护性的对抗措施,能抵抗寄生虫对人类的操纵。这也帮助大脑塑造出惊人的、极其复杂的中枢神经系统。Giudice认为宿主演化出的对抗寄生虫操纵的方法主要有4种:限制寄生虫入脑、增加神经操纵的难度、增加信号传播的复杂性、提高大脑自身的韧性

  限制入脑

  高等生物能通过一些方式将寄生虫阻挡在中枢神经系统之外,这种限制入脑的方式对除了寄生虫以外的其他病原体也适用。其中,血脑屏障(blood-brain barrier)是由物理和化学防护构成的第一道防线。

  然而,寄生虫已经进化出一些能力,能在动物的脑部外控制宿主的行为:一些寄生虫会制造像多巴胺一样能改变行为的物质,并将其释放到血液中。其中一些物质影响宿主体内的激素分泌,而其他的物质则能激活特定的免疫应答,使其操纵宿主的行为。Giudice还表示许多寄生虫已进化出能通过血脑屏障的能力,能进入动物的脑部。

  增加操纵成本

  一些寄生虫能释放某些化学物质,改变宿主的行为。而宿主也会作出相应的反应,通过提高诱导一些反应所需的神经化学物质的数量,增加寄生虫的代谢成本。由于宿主体型通常更大,这些变化完全可以完全忽略,但对于寄生虫来说却是相当大的负担。

  Giudice补充说:“由于现今寄生虫对宿主神经活动的操纵大多是间接的,因此在大脑早期进化阶段,这种通过增加信号传递成本的策略或许已经得到了充分的使用。如果这些对策如此有效,迫使大多数寄生虫不得不采取间接策略,那么对宿主来说,这种策略反而会变成一种负担。如果是这样的话,这个策略最终也被淘汰掉了。”

  让信号传递更复杂

  在中枢神经系统中,神经元之间、神经网络之间以及大脑和其他器官之间的信号传递主要通过神经活性物质来实现。寄生虫能通过产生强制性信号或劫持信号通路,来改变宿主的行为。但这种策略往往需要破解宿主内部信号传递的密码

  寄生虫更难破解更复杂的信号密码。例如,宿主能通过不同的神经化学物质的联合作用增加信号传递的复杂性,或者特定的时间内释放某些神经活性物质。此外,增加信号分子及其受体的数量与种类,也可以增加信号传递的复杂性。更精细的内部信号会增加寄生虫破解密码的时间。从适应性的角度来看,这可能会限制寄生虫,促使它们演化出其他的操纵手段。

  增强稳健性

  增加神经系统的稳健性基本上等于控制寄生虫的危害程度。高等生物倾向于以这样的方式进化,也就是即使在被寄生虫攻击时,也能维持正常的行为和大脑功能。Giudice讨论了宿主产生的许多稳健性的被动、主动以及反应性对策,其中包括反馈调节系统(feedback-regulated systems);以及监测免疫系统中的非特异性信号等。例如,当机体产生特定的免疫应答时,往往意味着被寄生虫感染了。

  在很大程度上,这些稳健性的适应措施,更有可能使宿主体内产生“由感染触发的可塑性反应”。也就是,无论病原体是否存在,大脑的生理状态和行为都能达到最好的状态。Giudice表示宿主在进化出应对策略时,也会存在一定的限制,这可能与宿主自身的新陈代谢水平、能量的来源和体型有关。例如脑体积更大的个体更有可能进化出高水平的复杂的保护措施。这是为什么昆虫更容易被寄生虫操纵。

  Giudice表示:“通过精神药物治疗精神病症状就是一种通过药物改变行为的方式——这也是操纵型寄生虫所做的。尽管两者的目的并不相同。”因此,机体对寄生虫攻击产生的适应性反应,也可以解释为什么某些患者会对抗抑郁药产生耐受性。

  就像寄生虫一样,当药物试图改变个体的行为时,稳健的神经系统可能会消除被药物改变的行为模式。“这种可能性是值得考虑的,至少有一些反应性机制会专门用于检测和响应寄生虫入侵,”Giudice写道, “如果是这样,一般的药物治疗可能像寄生虫一样触发这些防御性反应。”他补充说,这些防御性反应可能能抵御寄生虫感染,但不利于精神病治疗。

  原文链接:

  https://phys.org/news/2019-08-parasite-human-neurological-evolution.html

  本文转自环球科学


新闻来源:新浪