關(guān)注寄生物世界

在一項(xiàng)新的研究中，來自英國(guó)牛津大學(xué)動(dòng)物學(xué)系的Alex Betts、Craig MacLean和Kayla King解決了寄生物群落對(duì)進(jìn)化變化和多樣性的影響。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年5月25日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“High parasite diversity accelerates host adaptation and diversification”。

自達(dá)爾文出版《物種起源》一書已有150多年。盡管如此，生物多樣性的進(jìn)化和后果仍然是進(jìn)化生物學(xué)家需要解決的緊迫問題。

世界充滿了寄生物，它們與宿主之間的拮抗相互作用能夠產(chǎn)生重大的進(jìn)化后果。幾乎所有的有機(jī)體除了它們自己之外都會(huì)被寄生物感染。遭受嚴(yán)重感染的宿主可能處于很強(qiáng)的自然選擇之下，這是因?yàn)樗鼈儾豢赡芊敝?。宿主能夠交互地給寄生物施加較強(qiáng)的選擇，這是因?yàn)閷?duì)寄生物產(chǎn)生抵抗性的宿主能夠抵抗它們，削弱寄生物建立感染和繁殖的能力。這種強(qiáng)烈的相互對(duì)抗能夠促進(jìn)快速的進(jìn)化變化，并被認(rèn)為導(dǎo)致生物學(xué)的很多其他特征（從性別到物種形成）產(chǎn)生。

宿主經(jīng)常受到來自多種不同寄生物物種的攻擊。這些研究人員測(cè)試了這種寄生物多樣性是否會(huì)在進(jìn)化期間影響它們與宿主之間的相互對(duì)抗（比如，共同進(jìn)化）。

在這項(xiàng)新的研究中，這些研究人員研究了單細(xì)胞細(xì)菌銅綠假單胞菌與噬菌體寄生物之間的相互作用，其中銅綠假單胞菌作為噬菌體的宿主，而噬菌體是感染細(xì)菌宿主細(xì)胞的微小病毒，在這些細(xì)胞內(nèi)繁殖，并讓它們的宿主細(xì)胞爆裂來釋放它們的后代。這種宿主-寄生物系統(tǒng)是非常有用的，這是因?yàn)槲覀兡軌驅(qū)崟r(shí)地觀察假銅綠假單胞菌和噬菌體之間的共同進(jìn)化。在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，他們使用的細(xì)菌克隆容易遭受他們使用的所有噬菌體寄生物的感染。然而，這些細(xì)菌修飾它們的細(xì)胞表面使得噬菌體更難以附著和感染，從而快速地對(duì)噬菌體產(chǎn)生抵抗性：噬菌體在將它們的致死性DNA注入之前必須附著于這種細(xì)菌細(xì)胞表面上。相對(duì)應(yīng)地，噬菌體進(jìn)化出經(jīng)過修飾的結(jié)構(gòu)來附著于這些發(fā)生改變的細(xì)菌細(xì)胞表面。

多樣化的寄生物群體是許多生態(tài)系統(tǒng)的典型特征。這些研究人員的研究表明，相對(duì)于單寄生物感染，寄生物多樣性能夠快速地促進(jìn)宿主抵抗性進(jìn)化出來。宿主群體彼此之間也能夠產(chǎn)生更多的進(jìn)化分歧。最終，這些群體之間的這種基因組分裂可能導(dǎo)致新的細(xì)菌和噬菌體形成。

在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中，這些研究人員還測(cè)試了增加寄生物多樣性是否會(huì)改變宿主和寄生物之間的共同進(jìn)化模式。他們進(jìn)一步研究了變化是如何通過宿主和寄生物基因組中發(fā)生的突變介導(dǎo)的。這些變化的性質(zhì)常?？蓺w于兩種競(jìng)爭(zhēng)性的描述---軍備競(jìng)賽（Arms Race）和紅色女王（Red Queen）---之一。軍備競(jìng)賽會(huì)隨著時(shí)間的推移不斷增加宿主抵抗性和寄生物傳染性，從而使得未來的宿主（和寄生物）總是比它們的祖先更具抵抗力（或傳染性）。相比之下，紅色皇后共同進(jìn)化主要涉及采用旋轉(zhuǎn)策略模式來匹配當(dāng)前的對(duì)手，從而使得今天的策略應(yīng)該對(duì)今天的對(duì)手最有效，而不那么適合過去或未來的對(duì)手。

這項(xiàng)研究揭示出寄生物群落能夠形成對(duì)抗性共同進(jìn)化的溫床。隨著寄生物多樣性的增加，共同進(jìn)化偏向于促進(jìn)宿主和寄生物之間發(fā)生更強(qiáng)的軍備競(jìng)賽。隨著寄生物多樣性的增加，共同進(jìn)化速度加快。宿主和寄生物分別進(jìn)化出更高水平的抵抗性和傳染性。這整個(gè)過程的基礎(chǔ)是宿主轉(zhuǎn)向于擴(kuò)散一種抵抗多種寄生物的通用性防御策略。在這種寄生物群體中，針對(duì)每種寄生物維持不同類型的抵抗性并不是**的辦法。宿主使通用性抵抗機(jī)制的能力對(duì)在面臨眾多寄生物下觀察到的進(jìn)化加快是至關(guān)重要的。

這些結(jié)果對(duì)科學(xué)家們對(duì)快速進(jìn)化變化和多樣性進(jìn)化的促進(jìn)因素的看法有著深遠(yuǎn)的意義。寄生物群落很可能在亞馬遜雨林等具有高度多樣性的自然生態(tài)系統(tǒng)中觀察到的進(jìn)化速率上升中發(fā)揮作用。