撰文 | 冬鸢
审校 | clefable
有一种寄生虫让全球各地的人都闻风丧胆,它们叫做吸虫(trematode),属于扁形动物门(Platyhelminthes)吸虫纲(Trematoda)。不同种类的吸虫感染人体后会攻击人体内特定的器官或部位,比如肝、肠和肺等,让感染者出现十分严重的病症,甚至可能危及生命。腹痛、慢性咳嗽、肝肿大、胆管癌和脑出血等都是吸虫感染者常出现的病症。
感染吸虫的人,大多是因为食用了带有吸虫的水产品,比如淡水鱼、青蛙和水生植物(例如豆瓣菜)等。据统计,我国132种淡水鱼体内可能存在一种名为Clonorchis sinensis的吸虫,它感染人体后,主要会攻击人的肝脏。
吸虫在宿主体内作威作福已经够可怕了,而最新发表在《美国科学院院刊》(PNAS)上的一项研究发现,这些可怕的寄生虫——至少其中一种叫做Haplorchis pumilio(后简称H.pumilio)的吸虫群体,竟然能在宿主体内分化出不同的社会角色和分工——这是一种较高等的生物特征,通常不被认为会在寄生虫中出现。
阉割第一任宿主
故事还得从头说起。
其实在感染人体之前,吸虫的一生已经经历了不少故事,它们首先会感染诸如蜗牛之类的软体动物,将其作为第一任中间宿主;然后再感染鱼类、青蛙等第二任宿主;最后才会感染包括人类在内的哺乳动物或鸟类等最终宿主。
以这次故事的主角——吸虫H.pumilio为例。这种吸虫主要分布在东南亚,一些水环境中存在着许多它们的卵,卵孵化后,会形成最初级的吸虫幼虫——毛蚴(miracidium)。这是一种拥有纤毛,可以游动的“囊状”幼虫。毛蚴出生后便会寻找它的第一任中间宿主——软体动物。对于H.pumilio来说,它们的第一任中间宿主是一种生活在东南亚的蜗牛——Melanoides tuberculata(后简称M.tuberculata)。
感染了这些蜗牛后,H.pumilio就会开始干两件大事。第一件大事是吃,即夺取宿主蜗牛身体的营养来滋养自己。H.pumilio的口味比较独特,它们钟爱的是这些蜗牛的性腺,这对它们来说简直就是绝世佳肴。因此,感染了H.pumilio吸虫的蜗牛会被吸虫慢慢地阉割,失去生育能力,进而整个身体沦为这些吸虫的食物供给站。
除了吃,H.pumilio在蜗牛体内要干的第二件大事便是生长和繁殖。尽管此时它们还只算幼虫,没有有性生殖的能力,但毛蚴会在蜗牛体内生长成为第二阶段的吸虫幼虫——尾蚴(cercariae),而尾蚴可以通过无性生殖大量复制自己,产生更多的尾蚴。在还没长大之前,尾蚴的身体上就会出现一个繁殖体(germinal mass),里面有着许多发育中的吸虫胚胎;等长大之后,它们身体上的这些繁殖体就会发育成育卵室(brood chamber),里面的胚胎也已经发育成新的幼虫,最终会成长为新的尾蚴,并继续无性生殖,扩增自己。
可怜的蜗牛大概从被H.pumilio成功感染的那一刻起,它的身体已经不属于自己了。蜗牛的身体被H.pumilio贪婪地掠夺,完全沦为了这些吸虫的“繁殖容器”。H.pumilio可以在一只蜗牛体内生活多年,并克隆出成千上万个自己,然后等待着感染下一任宿主。
太卷了
因此,蜗牛宿主的身体,对于H.pumilio来说可谓是极其宝贵的“战略资源”,但这也会导致它们遇到另一个挑战——来自其它寄生虫的竞争。
以M.tuberculata蜗牛为宿主的寄生虫,可不止H.pumilio吸虫这一种(如此美味的性腺谁不爱呢)。有时它们感染了一只蜗牛后,这只蜗牛的身体还可能遭遇其它种类寄生虫的入侵;或是当它们试图感染一只蜗牛的时候,发现蜗牛体内已经有其它寄生虫生活了。
包括H.pumilio在内的许多吸虫,自然是不乐意和其它寄生虫共享一个宿主的,所以得想办法赶走其它竞争者。比如,一些吸虫在感染蜗牛后,可以分泌一些化学物质来防止其它寄生虫入侵这只蜗牛的身体。
而另一些吸虫,则貌似会采用一种更高级的方法。2010年,美国斯克利普斯海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography)的生态学家瑞安·赫金杰(Ryan Hechinger)就发现,一些吸虫群体为了与其它寄生虫竞争宿主的身体,貌似已经演化出了较高级的社会分工行为。这些吸虫群体中的一些个体可能会放弃生殖,成为群体中的“士兵”,专门防卫其它寄生虫的入侵,好让自己的群体能够独享宿主。
不生了
这有些像很多高度社会化的昆虫(比如蚂蚁和蜜蜂)的特殊社会结构。蚂蚁中的很多个体是不负责繁殖的,但会特定地负责寻找食物、修建蚁穴、照顾后代等工作,而蚁后则专门负责繁殖后代。这种动物的社会化群体中出明确的繁殖和劳动分工的现象,叫做“真社会性”(eusociality)。
除了蚂蚁和蜜蜂这类具有代表性的昆虫,哺乳动物中的裸鼹鼠也是“真社会性”的动物。裸鼹鼠常以集群为单位一起生活在地下,裸鼹鼠群中通常有一只裸鼹鼠“女王”,她会和1~3名选定的雄性负责群体的所有繁殖活动。而其它的裸鼹鼠的生殖能力被抑制,只负责寻找食物或清扫地下隧道、照顾幼崽等工作。
但由于当时的证据有限,许多科学家对于赫金杰的结论持怀疑态度,它们认为这些所谓的吸虫“士兵”,可能只是在“外敌”入侵时暂时执行了士兵的职责,最终它们还是会恢复到生殖状态,开始繁殖后代,并没有真正放弃生育。
卷死它们!!
但发表在《美国科学院院刊》的这项新研究,似乎终于给出了确凿的证据。
2019年,赫金杰实验室的一名研究生丹尼尔·梅茨(Daniel Mets)在美国加尼福尼亚州闲逛时,发现了一只怪异的蜗牛。梅茨将这只蜗牛带回实验室检查后,确认它是M.tuberculata蜗牛——是的,看起来这种原产于东南亚的蜗牛已经入侵美国了,大概是通过水产品贸易。
与之一同到来的,便是其体内的H.pumilio吸虫。在显微观察时,梅茨看到许多微小的寄生虫突然从蜗牛的身上游了出来,他通过基因分析确定了这些寄生虫就是H.pumilio。但有趣的事,这些H.pumilio吸虫有两种大小,一种体型较大,大概一毫米长,腹部能看到许多发育中或即将发育完全的小吸虫——说明它们正在无性生殖。而另一些体型较小的H.pumilio吸虫则没有育卵室或繁殖体结构,但却有异常巨大的咽部。虽然它们体长只有正常H.pumilio的5%,但咽部长度却比正常H.pumilio的咽部大5.1倍。而咽部与身体长度的比例,则是正常H.pumilio的124倍!
这些体型较小的H.pumilio,便是H.pumilio群体中的“士兵”,约占总数的12%,从出生起,它们就没有生殖能力,研究团队也没有发现它们后续能够转变为具有生育能力个体的迹象。
它们巨大的咽部,便是用来抵御“外敌”的武器。梅茨和赫金杰将这些H.pumilio士兵与其它能感染M.tuberculata蜗牛的寄生虫放在一起,发现H.pumilio“士兵”开始疯狂地攻击其它的寄生虫。它们来到这些外来寄生虫面前,张大嘴巴紧贴其腹部,然后扩大自己的咽部,由此产生的气压会将这些外来寄生虫的腹部“炸开”一个洞,然后H.pumilio“士兵”会用嘴吸出这些外来寄生虫的内脏。不过,当遇到其它的H. Pumilio吸虫时,这些H.pumilio“士兵”并不会展开攻击。
而事实证明,有了这些牺牲了自己的生育能力,只为干掉竞争者的“士兵”,H.pumilio的确在与其它寄生虫的竞争中拔得头筹。梅茨和赫金杰随后又在野外收集了3164只M.tuberculata蜗牛,仔细检查了它们体内的寄生虫种类。结果发现,H.pumilio总是能入侵体型最大、身体营养最丰富的M.tuberculata蜗牛,而被H.pumilio寄生的M.tuberculata蜗牛,体内也更难发现其它种类的寄生虫。这足以说明H.pumilio在竞争中的成功。
毕竟,人家孩子都不生了,其它寄生虫咋能卷得过啊。
故事继续
而这样的竞争优势,自然也让H.pumilio在接下来的寄生生活里,获取了极大的优势。H.pumilio吸虫尾蚴在离开蜗牛后,进入下一任中间宿主——鱼的体内(对于其它种类的吸虫,第二任宿主还可能是蛙、蛇等,也可能是水生植物),接着它们会发育成非常具有感染性的囊蚴(metacercariae)。当哺乳动物(包括人类)或鸟类食用了这些感染了吸虫的鱼,便成为了H.pumilio的最终宿主。
在最终宿主体内,囊蚴迁移到目标器官,像在蜗牛中那样贪婪地享用这些器官的营养物质,同时开始有性生殖。这个过程可能会持续很长时间,不同种类吸虫有所差异,例如,前文提到的在我国广泛分布的吸虫Clonorchis sinensis,可以在人体宿主体内生活25年。
它们通过有性生殖产下的卵,会通过最终宿主的粪便或体液排出到环境中,然后这些卵孵化出毛蚴,毛蚴再去感染蜗牛,又开启了下一轮的生活史循环。
参考链接:
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2400953121
https://journals.asm.org/doi/10.1128/cmr.00012-09
https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2010.1753
https://www.science.org/content/article/body-snatcher-parasites-blow-holes-enemies-suck-out-their-guts
https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/an-introduction-to-eusociality-15788128/