当罗伯托García-Roa出发一天早上,当他走进秘鲁丛林时,他没有想到会与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,正在探索坦博帕塔国家保护区位于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中纵横交错,希望能记录下一些稀有的居民,比如美洲虎。

但他发现了其他东西,他称之为“对隐藏宇宙的爱好者来说无与伦比的情况”。在一片叶子上,它的头像葡萄干,是一只苍蝇的残骸。六七个茎状的结构从它的身体里冒出来,就像不祥的小蘑菇云。在某种意义上,他们确实是。

García-Roa刚刚发现了一种来自该属的寄生“僵尸”真菌Ophiocordyceps这是一个臭名昭著的现实世界的身体掠夺团伙。这些真菌会感染苍蝇、蚂蚁和其他昆虫,由内而外吞噬它们,还会控制宿主的移动,迫使它们迁移到更高的地方。然后,寄生虫产生子实体,子实体从宿主的外骨骼中爆发出来,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,尽可能多地感染附近的昆虫。

如果你觉得这很可怕,那就等着听一听黄蜂控制了蟑螂的思想,然后骑上它一路回家,作为它后代的终极盒饭吧。

当寄生真菌属的一些成员<em>Ophiocordyceps</em>寻找昆虫宿主时,这个物种<em>O。caloceroides</em>,住在蜘蛛体内,比如这张在厄瓜多尔拍摄的狼蛛。
而寄生真菌属的一些成员Ophiocordyceps寻找这种昆虫宿主,o . caloceroides蜘蛛寄生在蜘蛛体内,比如这张摄于厄瓜多尔的狼蛛。Ian Suzuki, CC BY 3.0/Wikimedia

寄生在自然界中很猖獗几乎一半的动物都是寄生虫例如。大量这些不请自来的同伴以某种方式操纵宿主的行为,为自己带来好处,偶尔还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那些身体掠夺者控制受害者的一些阴险狡猾的方法。是的,人类正面临着其中一些的风险。然而,幸运的是,作为一个物种,我们相对年轻,这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,其中许多寄生虫已经存在了数亿年,”内布拉斯加州林肯大学曼特寄生虫学实验室的收藏经理拉茨说,他也是即将出版的这本书的合著者《寄生虫:内幕故事》.另一方面,人类只有几十万年的历史,而且,我们很复杂。

“几年前,我看了这部电影主机外星人接管人类并控制他们,”Racz说。“这是一部好电影,但我是以寄生虫学家和生物学家的身份看的,那种程度的控制是不可能的。昆虫的体型要简单得多。”

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的缰绳,但那些可以操纵宿主行为的寄生虫往往非常非常擅长这一点。

“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。“这不是一个微调控制,而更多的是触发一些现有的行为。”

比如那只骑着蟑螂的黄蜂。雌性宝石黄蜂(扁头泥蜂)攻击美洲蟑螂(Periplaneta美国)用组合拳,或者更确切地说,刺痛,瞄准神经系统的精确区域。第一次击打使蟑螂部分动弹不得。第二种是将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,把它带回巢里。在那里,她在仍然活着的蟑螂身上产卵,现在无法移动,然后离开。黄蜂的后代吃掉了蟑螂,最终杀死了它。

以色列内盖夫本-古里安大学的神经生物学家弗雷德里克·利伯萨特(Frederic Libersat)是一项研究的资深作者实验生物学杂志这篇论文揭示了珠宝黄蜂如何通过特定化学物质,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,吃软体动物的螃蟹最终会进化出更大、更有力的爪子,利伯萨特说。然而,当谈到涉及宿主操纵的寄生关系时,他说:“军备竞赛不存在。它是静态的,寄生虫正在获胜。”

这是因为操纵宿主的寄生虫经常用它已经需要的化学物质充斥着生物体的系统,这些化学物质的量要小得多,这样它就可以劫持现有的系统。例如,荷尔蒙多巴胺和神经递质氨基丁酸都有助于调节生物的运动,从倒霉的蟑螂到人类。雌性宝石黄蜂的毒液中含有这两种化学物质,可以让她先固定住蟑螂,然后再控制它。

雌性珠宝黄蜂<em> amplex compressa</em>叮了她的蟑螂目标两次,第一次使它无法动弹,然后用多巴胺和其他化学物质使它能够控制它的运动。
雌性宝石黄蜂扁头泥蜂叮她的蟑螂目标两次,第一次固定住它,然后给它注入多巴胺和其他化学物质,让她可以控制它的运动。Len Worthington, CC BY-SA 2.0/Wikimedia

利伯萨特说:“寄生虫非常聪明,它利用了动物无法不使用的东西。”像多巴胺这样的化学物质对生物体的基本功能是如此重要,以至于生物体不能简单地进化出对它们的需要。“你不能说,我要在这场军备竞赛中战斗的方式是去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,”利伯萨特说。“没用的。”

虽然科学家们早就记录了这种寄生关系,但直到最近几年,利伯萨特和他在神经寄生虫学这一新兴领域的同事们才能够解释在分子水平上到底发生了什么。“以前做的大多数研究都是描述性的,”利伯萨特说。“他们展示了一些操作,然后说,‘好吧,这非常吸引人,’事实确实如此。但我们还没有确定机制。”

现在,由于能够通过注射药物或基因修饰来打开或关闭生物体内特定的化学受体,并使用微型ct扫描和其他技术观察结果,研究人员越来越能够准确地确定宿主和寄生虫中发生了什么。

然而,关于寄生虫操纵宿主的技能还有很多未知之处。例如,虽然Libersat和他的同事在了解一些寄生虫如何控制寄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,日本橡蓝蝴蝶的毛虫(Narathura粳稻)分泌一种蚂蚁觉得美味的甜黏物。这种甜食含有化学物质,可以使蚂蚁保持在毛毛虫附近,并对潜在的捕食者表现出攻击性。瞬间就有了保镖。虽然毛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。

日本橡蓝蝴蝶(<em>Narathura japonica</em>,也被称为<em>Arhopala japonica</em>)通过招募和控制一群蚂蚁保镖来获得毛毛虫的生存优势。
日本橡蓝蝴蝶(Narathura粳稻,也被称为Arhopala粳稻)通过招募和控制一群蚂蚁保镖来帮助毛毛虫生存。Alpsdake, CC BY-SA 4.0/Wikimedia

科学家们称之为“自杀行为”的机制——比如受感染的蟋蟀溺死自己,将寄生的马毛虫幼虫释放到水中——在很大程度上仍然未知。但这种行为通常与幼虫寄生虫从中间宿主转移到最终宿主有关,在那里它将繁殖。“当它们跳跃宿主时,中间的宿主必须牺牲,”Racz说。“所以,当它们调节宿主的行为时,大多数奇怪的行为都发生在它们处于中间宿主的时候。”

想想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。蚂蚁吃的是被感染的蜗牛产生的黏液包裹的黏糊糊的块状物,其中含有晚期吸虫幼虫。一旦被吞食,至少有一种幼虫会找到昆虫大脑的特定部位——与蟑螂大脑中的宝石黄蜂瞄准的区域相同。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,然后抓住草叶或花的顶部,这些叶子或花的高度正好可以被最终的宿主吃掉。

“一只食草动物,通常是羊或牛,路过时不小心吞下了受感染的蚂蚁,扁虫就在反刍动物身上完成了它的生命周期,”Racz说。

2018年一篇论文的作者发表在科学报告通过微型ct扫描,他们能够记录下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经过的奶牛提供自己的。

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,攻击苍蝇的寄生真菌García-Roa在秘鲁拍摄,简单地建造自有通信网络在昆虫的肌肉里。另一种寄生真菌,Gibellula蜘蛛的行为与蜘蛛相似。根据2021年的一篇论文加拿大动物学杂志Gibellula-被感染的蜘蛛Ophiocordyceps被感染的昆虫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。然后寄生虫会吃掉蜘蛛,除了它的外骨骼,还会送出几十个子实体。最终的结果是一个诡异的模糊的蜘蛛形尸体,在下面的所有东西上都有孢子。

寄生Gibellula属的一个成员的子实体从蜘蛛的外骨骼中伸出来,真菌从内到外吞噬了蜘蛛。
寄生植物的子实体Gibellula属从蜘蛛的外骨骼中伸出来,真菌从内到外吞噬了蜘蛛。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,但对我们物种的最大僵尸威胁并没有那么戏剧性。单细胞寄生虫刚地弓形虫根据该杂志2020年的一篇论文,已经感染了大约10亿人寄生虫和病媒——尽管其他估计认为这个数字超过30亿。虽然大多数人没有症状,但对婴儿和免疫系统较弱的人来说,感染可能是致命的。即使是非致命的弓形虫病病例,当寄生虫定居在脑组织中时,也会导致幻觉和其他精神病症状。

从鸡到白鲸,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栖息地,但只有当它栖息在大脑中时,它才能操纵行为以达到自己的优势。一个2021年评审现有的弓形虫病研究发现许多动物感染弓形虫病的例子弓形虫变得不那么害怕天敌,而且往往更加鲁莽,导致被吃掉的风险增加。被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,而被感染的黑猩猩对它们唯一的天然捕食者猎豹的尿液气味的厌恶程度较低。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,这可能解释了在包括人类在内的多个物种中,恐惧的丧失和有时的攻击性行为。尽管如此,我们人类,以及许多其他动物,只是寄生虫无情繁殖的附带损害。

最后的主持人弓形虫毕竟是猫,无论是野猫还是家猫。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——通过受污染的食物、水或空气,或可能通过性传播——这使得一些研究人员认为,我们与寄生虫的关系是我们血统中最古老的关系之一,可以追溯到数百万年前,当我们的祖先是狮子和其他大型猫科动物的美味佳肴时。

还有一种操纵宿主的寄生虫给人类的故事投下了长长的阴影:自人类存在以来,lyssavirs就一直困扰着哺乳动物,包括我们人类。本属成员引起大脑炎症,导致无休止的口渴、攻击性和其他看起来不稳定的症状,但都是为了病毒传播给其他动物的目标服务。你可能不知道这个属的名字,但你知道它可能导致的疾病:狂犬病。

狐狸是可引起狂犬病的狂犬病病毒的自然宿主。它们通常会传播数千英里,有可能将病毒传播到更远的地方。
狐狸是可引起狂犬病的狂犬病病毒的自然宿主。它们通常会传播数千英里,有可能将病毒传播到更远的地方。伊莱恩R.威尔逊-自然在线,CC BY-SA 3.0/维基媒体

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

大多数狂犬病病毒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,它通常会变得具有攻击性,失去恐惧反应,并因过度口渴而分泌唾液。“他们没有昏睡,没有躲藏,没有死亡。它们实际上不安分,而且会搬很远的地方,”Racz说。病毒通过咬伤或唾液传播,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在我们完全健康时的表现也很重要。这些真菌、病毒和单细胞生物已经花了数百万年的时间来了解它们预期宿主的来龙去脉,而科学家们研究这些东西才几个世纪。

利伯萨特说:“这为我们提供了一扇窗口,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电路。”

“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;它们会研究参与产生这种行为的回路,然后从药物上操纵它们……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。”