当罗伯托García-Roa出发时一天早上,他来到秘鲁丛林,没想到会和一个干瘪的僵尸面对面。García-Roa,西班牙瓦伦西亚大学的进化生物学家,正在探索Tambopata国家保护区它是秘鲁东南角的一片热带雨林,以其生物多样性而闻名。他沿着狭窄的小径出发,这些小径在茂密的植被之间纵横交错,希望能记录下一些较为罕见的居民,比如美洲虎。

但他还发现了别的东西,他称之为“隐秘宇宙爱好者无与伦比的处境”。一只苍蝇的残骸栖息在一片叶子上,它的头像葡萄干。它的身体里长出了半打茎状的结构,就像小小的、不祥的蘑菇云。从某种意义上说,他们的确如此。

García-Roa刚刚遇到了一个寄生的“僵尸”真菌属的例子Ophiocordyceps这是一个在现实世界中臭名昭著的身体掠夺团伙。这些真菌感染苍蝇、蚂蚁和其他昆虫,从内到外大吃大喝,还控制宿主的移动,迫使它们迁移到更高的地区。然后寄生虫产生子实体,子实体从宿主的外骨骼中喷发出来,释放出寄生虫学家Gabor Racz所说的“孢子炸弹”。然后这些孢子从高处如雨点般落下,感染尽可能多的附近昆虫。

如果你觉得这很可怕,那就等着听一听这种黄蜂吧,它会控制蟑螂的思维,然后骑着它一路回家,作为蟑螂后代的终极午餐。

当寄生菌属<em>Ophiocordyceps</em>的一些成员寻找昆虫宿主时,这个物种<em>O。caloceroides</em>在蜘蛛体内定居,例如在厄瓜多尔拍摄的这只狼蛛。
而寄生菌属的一些成员Ophiocordyceps寻找昆虫宿主,这种物种,o . caloceroides它寄居在蜘蛛身上,比如这张摄于厄瓜多尔的狼蛛。Ian Suzuki, CC BY 3.0/Wikimedia

寄生现象在自然界中非常猖獗几乎一半的动物都是寄生虫为例。大量的这些不请自来的伴侣会以某种方式操纵宿主的行为,为自己谋取利益,偶尔会完全控制被它们入侵的生物。多亏了成像技术和分子分析技术的进步,科学家们现在能够了解身体掠夺者控制受害者的一些狡猾的方法。是的,人类也会受到其中一些病毒的威胁。然而,幸运的是,我们作为一个物种相对年轻的年龄意味着大多数寄生虫还没有时间弄清楚如何把我们变成顺从的宿主。然而。

“昆虫已经存在了数百万年,许多寄生虫也存在了数亿年,”内布拉斯加-林肯大学曼特寄生虫学实验室的收藏经理Racz说,他也是即将出版的新书的合著者《寄生虫:内幕故事.另一方面,人类只有几十万年的历史,我们很复杂。

“几年前,我看了这部电影主机,外星人接管并控制人类,”Racz说。“这是一部好电影,但我是作为一名寄生虫学家和生物学家看的,那种程度的控制是不可能的。昆虫的身体结构要简单得多。”

然而,在你松一口气之前,请考虑一下,虽然寄生虫通常不擅长抓住复杂生物体的缰绳,但那些能够操纵宿主行为的寄生虫往往非常非常擅长。

“这些寄生虫通常以某种简单的激素系统或神经递质为目标,”Racz说。“这不是一个微调的控制,更多的是触发一些已有的行为。”

就拿骑蟑螂的黄蜂来说。雌珠蜂(扁头泥蜂)攻击美洲蟑螂(Periplaneta美国)以一击两击的方式,或者更确切地说,以刺的方式,瞄准其神经系统的精确区域。第一击使蟑螂部分动弹不得。第二种方法是将一种改变思维的毒液鸡尾酒注入大脑的特定部位,让黄蜂爬到蟑螂的背上,抓住它的触角,把它带回巢穴。在那里,她把卵产在还活着的蟑螂身上,然后离开。黄蜂的后代吃出了蟑螂的身体,最终杀死了它。

弗雷德里克·利伯萨特是以色列内盖夫本-古里安大学的神经生物学家实验生物学杂志这篇论文揭示了宝石黄蜂如何通过特定的化学物质(尤其是多巴胺)控制宿主的新细节。利伯萨特说,许多这些操纵宿主的寄生虫的天才之处在于,宿主无法通过进化摆脱这种情况。

进化通常是一场经典的军备竞赛:例如,当软体动物进化出越来越厚的外壳时,以软体动物为食的螃蟹最终会进化出更大、更有力的爪子,Libersat说。然而,当涉及到宿主操纵的寄生关系时,他说:“军备竞赛并不存在。它是静止的,寄生虫正在获胜。”

这是因为操控宿主的寄生虫经常向有机体的系统中注入运转所需的化学物质,数量要少得多,这样它们就可以劫持现有的系统。例如,荷尔蒙多巴胺和神经递质伽马氨基丁酸都有助于调节有机体的运动,从倒霉的蟑螂到人类。雌珠蜂的毒液中含有这两种化学物质,使她能够先使蟑螂动弹不得,然后再控制蟑螂。

雌性宝石蜂<em>Ampulex compressa</em>刺她的蟑螂目标两次,第一次使它动弹不得,然后向它注入多巴胺和其他化学物质,使她能够控制它的行动。
雌性宝石黄蜂扁头泥蜂叮了她的蟑螂目标两次,第一次让它动弹不得,然后给它注入多巴胺和其他化学物质,让她可以控制它的行动。莱恩·沃辛顿,CC BY-SA 2.0/Wikimedia

“寄生虫非常聪明,能够利用动物无法不使用的东西,”Libersat说。像多巴胺这样的化学物质对生物体的基本功能是如此的重要,以至于生物体无法简单地进化而不需要它们。“你不能说,我要在这场军备竞赛中战斗的方式是清除我中枢神经系统中的所有多巴胺,这样寄生虫就不会对我产生影响,”Libersat说。“这不会起作用。”

虽然科学家们早就记录了这种寄生虫关系,但直到最近几年,神经寄生虫学这一新兴领域的利伯萨特和他的同事们才能够在分子水平上解释到底发生了什么。“以前做的大多数研究都是描述性的,”Libersat说。“他们表现出了一些操纵,然后说,‘嗯,这非常迷人,’事实的确如此。但我们还没有确定机理。”

现在,由于能够通过注射药物或基因改造来打开或关闭有机体中的特定化学受体,以及使用微型ct扫描和其他技术来观察结果,研究人员越来越能够准确地确定宿主和寄生虫体内发生了什么。

然而,关于寄生虫操纵宿主的技能仍有很多未知之处。例如,尽管Libersat和他的同事在理解寄生虫如何控制宿主的运动方面取得了相当大的进展,但更复杂的行为操纵背后的机制仍然难以捉摸。例如,日本橡蓝蝶的毛虫(Narathura粳稻)分泌一种蚂蚁觉得美味的含糖粘稠物。这种甜食含有化学物质,使蚂蚁靠近毛毛虫,并对潜在的捕食者表现出攻击性。转眼间,即时保镖。虽然毛虫提供的鸡尾酒还不完全清楚,但它似乎确实影响了蚂蚁的多巴胺水平,使它们不太可能离开。

日本竹蓝蝴蝶(<em>Narathura japonica</em>,也被称为<em>Arhopala japonica</em>)通过招募和控制蚂蚁保镖方阵,在毛虫的生存中占据了优势。
日本橡蓝蝴蝶(Narathura粳稻,也被称为Arhopala粳稻)通过招募和控制蚂蚁保镖方阵,在毛毛虫的生存中占了上风。Alpsdake, CC BY-SA 4.0/Wikimedia

引起科学家们所说的“自杀行为”的机制——比如受感染的蟋蟀会淹死自己,将寄生的马毛虫幼虫释放到水中——在很大程度上仍然是未知的。但这种行为通常与幼虫寄生虫从中间宿主移动到最终宿主有关,在那里它会繁殖。“当它们跳跃宿主时,中间宿主必须被牺牲,”Racz说。“所以,当它们调节宿主的行为时,大多数这些奇怪的行为都发生在中间宿主中。”

比如寄生的柳叶刀河吸虫(Dicrocoelium dendriticum),它有一个复杂的生命周期,涉及多个宿主,倒数第二个宿主是蚂蚁。这些蚂蚁吃的是被感染的蜗牛产生的粘糊糊的粘液块,里面有晚期的吸虫幼虫。一旦被吞食,至少有一个幼虫会找到通往昆虫大脑特定部分的路——这与蟑螂大脑中珠宝黄蜂的目标区域相同。一旦蚂蚁的大脑被感染,它会做一些正常蚂蚁不会做的事情。它爬上去,然后依附在草叶或花的顶部,这些叶子或花的高度刚好可以被最后的宿主吃掉。

Racz说:“食草动物,通常是羊或牛,路过时不小心吞下了受感染的蚂蚁,扁虫就在反刍动物体内完成了它的生命周期。”

2018年发表在科学报告能够通过微型ct扫描记录吸虫幼虫在蚂蚁大脑的那个区域的存在,但无法确定它是如何迫使蚂蚁向路过的奶牛投降的。

夺取身体的寄生虫甚至不需要进入宿主的大脑就能获得控制。例如,Ophiocordyceps在秘鲁拍摄到的攻击苍蝇García-Roa的寄生真菌,简单地建造了它自己的通信网络在昆虫的肌肉里。另一种寄生真菌,Gibellula,和蜘蛛有相似之处。根据2021年的一篇论文加拿大动物学杂志Gibellula来华的蜘蛛,就像Ophiocordyceps被真菌感染的蜘蛛会爬到比未感染的蜘蛛更高的位置,然后伸展身体,被真菌包围。寄生虫会吃掉蜘蛛的外骨骼,然后吐出几十个子实体。最终的结果是一个诡异的模糊的,蜘蛛形状的尸体,孢子在下面的一切。

寄生<em>Gibellula</em>属的成员的子实体从蜘蛛的外骨骼中伸出来,这种真菌从内到外吞噬了蜘蛛。
寄生植物一种寄生植物的子实体Gibellula蜘蛛的外骨骼被真菌从内到外吞噬。Katja Schulz, CC BY 2.0/Wikimedia

虽然骑蟑螂的黄蜂、自杀的蚂蚁和孢子炸弹蜘蛛可能是噩梦的饲料,但人类面临的最大僵尸威胁却没有那么戏剧化。单细胞寄生虫刚地弓形虫已经感染了大约10亿人,根据2020年杂志上的一篇论文寄生虫和向量——尽管其他人估计这个数字超过30亿。虽然大多数人没有症状,但对婴儿和免疫系统薄弱的人来说,感染可能是致命的。即使是非致命的弓形虫病病例,当寄生虫在脑组织中定居时,也会导致幻觉和其他精神症状。

虽然这种狡猾的寄生虫几乎可以在任何温血生物的任何部位找到家,从鸡到白鲸,但只有当它偎依在大脑中时,它才能够操纵行为为自己所用。一个2021年评审现有的弓形虫病研究发现了许多动物感染弓形虫病的例子弓形虫变得不那么害怕它们的天敌,往往更加鲁莽,导致被吃掉的风险增加。受感染的鬣狗幼崽被狮子吃掉的可能性几乎是健康幼崽的四倍,而受感染的黑猩猩对猎豹尿液气味的厌恶程度较低,猎豹是它们唯一的天然捕食者。大量研究发现,弓形虫病可以提高受感染动物的睾丸激素水平,这可以解释在包括人类在内的多个物种中出现的恐惧和有时的攻击行为的丧失。尽管如此,我们人类和许多其他动物都只是寄生虫无休止繁殖的附带损害。

最后的主持人弓形虫,毕竟是猫,无论是野的还是家的。这种寄生虫必须找到进入猫科动物体内的途径来完成它的生命周期。人类很容易被感染——通过被污染的食物、水或空气,或者可能通过性传播——这使得一些研究人员认为,我们与寄生虫的关系是我们谱系中最古老的关系之一,可以追溯到数百万年前,那时我们的祖先是狮子和其他大型猫科动物的美味佳肴。

还有另一组操纵宿主的寄生虫给人类的故事蒙上了一层长长的阴影:Lyssaviruses一直困扰着哺乳动物,包括我们人类,从人类出现以来就一直如此。本属的成员导致大脑炎症,导致无法满足的口渴,攻击性,和其他看起来不稳定的症状,但都是为病毒传播到其他动物的目标服务的。你可能不知道这种植物的名字,但你知道它能引起的疾病:狂犬病。

狐狸是lyssavvirus的自然宿主,这种病毒会导致狂犬病。它们经常旅行数千英里,可能会将病毒传播到很远很远的地方。
狐狸是lyssavvirus的自然宿主,这种病毒会导致狂犬病。它们经常旅行数千英里,可能会将病毒传播到很远很远的地方。伊莱恩·威尔逊- naturespicsonline, CC BY-SA 3.0/Wikimedia

Racz说,虽然大多数其他病毒在肺、皮肤或其他组织中繁殖,但“狂犬病毒很有趣,因为它专门攻击神经细胞……一旦进入神经细胞,就无法治愈。”

大多数lyssavvirus的自然宿主通常是犬科动物——狐狸、狗、狼——尽管蝙蝠、浣熊和臭鼬也是常见的带菌者。一旦动物被感染,它通常会变得好斗,失去恐惧反应,并因过度口渴而流涎。“他们没有昏睡,没有躲藏,没有死亡。它们实际上是不安分的,会移动很远的距离,”Racz说。病毒通过叮咬或唾液传播,因此受感染动物行为的变化直接增加了成功传播的机会。

但Racz很快补充说,控制思维的寄生虫在哺乳动物中并不常见。“我们没有太多的例子——也许这是个好消息,”他说。

还有更多的好消息:虽然这些操纵宿主的寄生虫可能很可怕,但它们对理解为什么我们的大脑和身体会像我们完全健康时那样运行也很重要。这些真菌、病毒和单细胞生物已经有数百万年的时间来了解它们的寄主的来龙去脉,而科学家们研究这些东西才几个世纪。

“它为我们提供了一扇窗,让我们了解行为是如何产生的,即使是在这些简单的动物身上,因为我们有其他动物操纵回路,”Libersat说。

“这些寄生虫是大自然的神经生物学家,”他带着敬意补充道。“神经生物学家试图找到特定行为的神经机制;它们会研究产生这种行为的回路,然后对它们进行药理学上的操作……而在这里,我们有这些寄生虫,它们实际上在做同样的事情,尽管它们已经进化了数百万年。”