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        宿主對抗寄生蟲的進(jìn)化策略

        2019-09-19 18:55:10
        大眾科學(xué) 2019年7期
        關(guān)鍵詞:德爾穩(wěn)健性復(fù)雜性

        爭奪宿主的營養(yǎng)、損傷宿主的組織和器官、“制造”有害有毒物質(zhì),有些寄生蟲甚至能夠操控宿主的行為。比如剛地弓形蟲。為了提高繁殖成功率、實現(xiàn)更廣泛的傳播,剛地弓形蟲會以老鼠為媒介,在其杏仁核中誘導(dǎo)表觀遺傳變化,從而降低了老鼠對貓的恐懼,使得剛地弓形蟲更容易進(jìn)入貓的體內(nèi),因為貓是唯一能支持其繁衍的宿主。

        還比如狂犬病??袢黾觽魅拘酝僖旱漠a(chǎn)生,并引起宿主對水的厭惡,然后引發(fā)宿主發(fā)動暴力攻擊。此外,許多性傳播病原體被認(rèn)為可以操縱宿主的性行為。

        “道高一尺魔高一丈”,這些寄生蟲的存在對宿主危害極大。不過,人類也在積極應(yīng)對來自寄生蟲的挑戰(zhàn)。美國新墨西哥大學(xué)心理學(xué)家馬可·德爾吉迪斯認(rèn)為,人類進(jìn)化出了四種對抗腦操縱寄生蟲的對策,比如限制進(jìn)入大腦、增加操縱成本、增加信令復(fù)雜性以及增加魯棒性。同時,德爾吉迪斯也提出寄生蟲對這些對策的反應(yīng)。

        限制進(jìn)入大腦:對于高等生物而言,將寄生蟲排除在中樞神經(jīng)系統(tǒng)之外是最基本的能力。作為物理和化學(xué)安全的保護(hù)層,大腦保護(hù)屏障形成了大腦安全的第一道防線。對此,寄生蟲進(jìn)化出了從大腦外部操縱宿主行為的其他能力:有些寄生蟲產(chǎn)生可改變行為的物質(zhì),如多巴胺,并將其釋放到血液中;有些寄生蟲可操縱荷爾蒙的分泌;還有則是通過激活特定的免疫反應(yīng)來操縱宿主。

        增加操縱成本:有些寄生蟲通過釋放某些神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)來改變宿主的行為。作為防御對策,宿主可以通過增加誘導(dǎo)這種反應(yīng)所需的特定神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)數(shù)量來應(yīng)對,從而增加寄生蟲的代謝成本。由于宿主的體型通常要大得多,這種增加的成本對宿主來說可以忽略不計,但對要產(chǎn)生足夠神經(jīng)活性物質(zhì)的寄生蟲來說,卻會造成沉重負(fù)擔(dān)。

        德爾吉迪斯表示:“如今寄生蟲操控宿主大都通過間接形式進(jìn)行,選擇增加信號傳遞的成本在很久以前(大腦進(jìn)化早期階段)已經(jīng)達(dá)到頂峰。矛盾的地方在于,如果這些對策如此有效,以至于迫使大多數(shù)寄生蟲采取間接策略,它們很快就會變得過時,最終沒有任何凈成本好處。如果真是這樣的話,它們可能在不斷提高效率的壓力下被淘汰。”

        增加信號復(fù)雜性:中樞神經(jīng)系統(tǒng)利用神經(jīng)活性物質(zhì)作為神經(jīng)元、大腦網(wǎng)絡(luò)以及大腦和其他器官之間的內(nèi)部信號。寄生蟲可以通過產(chǎn)生壓制性的信號來劫持這些通路,從而改變宿主行為,或者正如德爾吉迪斯所指出的那樣,破壞現(xiàn)有的信號。不過,這需要破壞宿主的內(nèi)部信號代碼。

        對于寄生蟲來說,越復(fù)雜的信號編碼越難破解。這種復(fù)雜性增加包括需要不同神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)聯(lián)合發(fā)揮作用,或在特定的時間脈沖中釋放神經(jīng)活性物質(zhì)。擴(kuò)展傳輸分子及其結(jié)合受體機(jī)制也增加了復(fù)雜性,更精細(xì)的內(nèi)部信號增加了寄生蟲破解信號代碼所需的時間。

        從適應(yīng)性的角度來看,這可能會迫使寄生蟲尋找其他的操縱方法。然而,不斷增加的復(fù)雜性也提高了宿主的代謝成本。此外,增加某個系統(tǒng)的復(fù)雜性“往往會產(chǎn)生新的脆弱點(diǎn)”,這可能會被適應(yīng)性更強(qiáng)的寄生蟲所利用。

        提高穩(wěn)健性:提高系統(tǒng)的穩(wěn)健性也就相當(dāng)于對損害進(jìn)行控制。高等生物傾向于以能夠維持正常行為功能的方式進(jìn)化,即使在受到寄生蟲攻擊時也是如此。德爾吉迪斯討論了許多被動和主動提高穩(wěn)健性的宿主策略,包括系統(tǒng)的冗余和模塊化、所謂的領(lǐng)結(jié)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及對非特異性線索監(jiān)測等。

        在很大程度上,穩(wěn)健性適應(yīng)可能會排除固定的生理調(diào)整,而傾向于發(fā)展“由寄生感染觸發(fā)的塑性反應(yīng)”。原因是,如果大腦的生理和行為在病原體存在的情況下適應(yīng)得最好,那么病原體缺失就會導(dǎo)致非最佳行為,甚至降低存活率。

        考慮到上述所討論的進(jìn)化機(jī)制,德爾吉迪斯建議研究宿主-寄生蟲的相互作用,這可能有助于進(jìn)一步促進(jìn)神經(jīng)科學(xué)和精神藥理學(xué)的研究。在精神藥理學(xué)中,使用精神活性藥物治療精神癥狀,實際上就是試圖通過藥理學(xué)手段改變患者行為,這也是控制欲強(qiáng)的寄生蟲所做的。標(biāo)準(zhǔn)的藥物治療可能會在不知不覺中模仿寄生蟲的攻擊,并引發(fā)專門的防御反應(yīng),從而幫助治愈精神疾病。(編輯/任偉)

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