關注寄生物世界

在一項新的研究中，來自英國牛津大學動物學系的Alex Betts、Craig MacLean和Kayla King解決了寄生物群落對進化變化和多樣性的影響。相關研究結果發表在2018年5月25日的Science期刊上，論文標題為“High parasite diversity accelerates host adaptation and diversification”。

自達爾文出版《物種起源》一書已有150多年。盡管如此，生物多樣性的進化和后果仍然是進化生物學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生重大的進化后果。幾乎所有的有機體除了它們自己之外都會被寄生物感染。遭受嚴重感染的宿主可能處于很強的自然選擇之下，這是因為它們不可能繁殖。宿主能夠交互地給寄生物施加較強的選擇，這是因為對寄生物產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。這種強烈的相互對抗能夠促進快速的進化變化，并被認為導致生物學的很多其他特征（從性別到物種形成）產生。

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

在這項新的研究中，這些研究人員研究了單細胞細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，而噬菌體是感染細菌宿主細胞的微小病毒，在這些細胞內繁殖，并讓它們的宿主細胞爆裂來釋放它們的后代。這種宿主-寄生物系統是非常有用的，這是因為我們能夠實時地觀察假銅綠假單胞菌和噬菌體之間的共同進化。在實驗開始時，他們使用的細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，這些細菌修飾它們的細胞表面使得噬菌體更難以附著和感染，從而快速地對噬菌體產生抵抗性：噬菌體在將它們的致死性DNA注入之前必須附著于這種細菌細胞表面上。相對應地，噬菌體進化出經過修飾的結構來附著于這些發生改變的細菌細胞表面。

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

在這項實驗實驗中，這些研究人員還測試了增加寄生物多樣性是否會改變宿主和寄生物之間的共同進化模式。他們進一步研究了變化是如何通過宿主和寄生物基因組中發生的突變介導的。這些變化的性質常常可歸于兩種競爭性的描述---軍備競賽（Arms Race）和紅色女王（Red Queen）---之一。軍備競賽會隨著時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，紅色皇后共同進化主要涉及采用旋轉策略模式來匹配當前的對手，從而使得今天的策略應該對今天的對手最有效，而不那么適合過去或未來的對手。

這項研究揭示出寄生物群落能夠形成對抗性共同進化的溫床。隨著寄生物多樣性的增加，共同進化偏向于促進宿主和寄生物之間發生更強的軍備競賽。隨著寄生物多樣性的增加，共同進化速度加快。宿主和寄生物分別進化出更高水平的抵抗性和傳染性。這整個過程的基礎是宿主轉向于擴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制的能力對在面臨眾多寄生物下觀察到的進化加快是至關重要的。

這些結果對科學家們對快速進化變化和多樣性進化的促進因素的看法有著深遠的意義。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系統中觀察到的進化速率上升中發揮作用。