【趣味科普】寄生的蘑菇可以控制派拉斯的思維?

上兩期神奇寶貝的專題出來之后,有好幾個(gè)朋友留言說想講講派拉斯,突然間感覺大家跟小編想到一塊去了,因?yàn)樯掀谥v的是互利共生,這期是該講講寄生了。

派拉斯(https://wiki.52poke.com)

派拉斯是一種背上長(zhǎng)有蘑菇的神奇寶貝,它的本體是一種節(jié)肢動(dòng)物,但是具體是個(gè)什么節(jié)肢動(dòng)物不太好判斷(既有甲殼綱的特征,也有昆蟲綱的特征),它的背上寄生有兩個(gè)蘑菇,之所以稱「寄生」,根據(jù)神奇寶貝的官方介紹,因?yàn)樗成系哪⒐綍?huì)不斷吸走派拉斯的養(yǎng)分而成長(zhǎng)(所以派拉斯必須要頻繁地進(jìn)食來維持雙方的營(yíng)養(yǎng)供給),而不會(huì)像妙蛙種子那樣,通過植物體的光合作用,可以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的互相利用。所以這是一種一方獲利而一方受害的關(guān)系,也是典型的寄生。

當(dāng)派拉斯進(jìn)化成派拉斯特后,它背上的蘑菇更大了,甚至比本體還大。而這時(shí)有一個(gè)更有趣的現(xiàn)象是,派拉斯特背上的蘑菇直接控制了派拉斯特的意識(shí),所以派拉斯特更喜歡在陰暗潮濕的地方群居,并四處散播孢子。

派拉斯特(https://wiki.52poke.com)
派拉斯到派拉斯特的進(jìn)化(https://wiki.52poke.com)

其實(shí),像這種寄生物控制宿主意識(shí)的事例在現(xiàn)實(shí)生活中還真不少,然而多數(shù)都比較令人不適(比如控制螳螂的鐵線蟲、控制蝸牛的雙盤吸蟲等等。恩,知道就好,不太建議去看圖,所以下面只給大家詳細(xì)介紹容易接受一點(diǎn)的兩種——偏側(cè)蛇蟲草菌和大家比較熟悉的弓形蟲。

進(jìn)入正題

派拉斯和派拉斯特是背上的真菌蘑菇控制了本體的節(jié)肢動(dòng)物意識(shí),在自然界中竟真的也有一種真菌可以控制節(jié)肢動(dòng)物意識(shí)的案例,那就是偏側(cè)蛇蟲草菌(Ophiocordyceps unilateralis)和萊氏屈背蟻(Camponotus leonardi)的寄生。

偏側(cè)蛇蟲草菌和萊氏屈背蟻的寄生(wikipedia.org)

與偏側(cè)蛇蟲草菌同屬的是鼎鼎大名的冬蟲夏草(中華蟲草菌,Ophiocordyceps sinensis)。冬蟲夏草菌可以感染在土壤中過冬的蝠蛾幼蟲,使它們身體僵化隨后死亡,在這過程中菌絲逐漸吸收營(yíng)養(yǎng)并充滿整個(gè)蟲體,再到春末夏初的時(shí)候從蟲子的頭部破殼而出,長(zhǎng)出子座。與冬蟲夏草類似,偏側(cè)蛇蟲草菌在感染了螞蟻之后也會(huì)在螞蟻的頭部長(zhǎng)出子實(shí)體,就像派拉斯背上長(zhǎng)出的蘑菇一樣。但是冬蟲夏草不會(huì)像偏側(cè)蛇蟲草菌那樣控制宿主的行動(dòng)(或者沒這么明顯),而后者在感染螞蟻之后,可以通過某種方式引導(dǎo)宿主到達(dá)適合自己繁殖的區(qū)域再逐步死亡。

冬蟲夏草(wikipedia.org)

萊氏屈背蟻一般居住在樹冠層,它們的工蟻在白天行動(dòng)時(shí)一旦不幸地被這種真菌的孢子感染之后,真菌便會(huì)釋放一些化學(xué)物質(zhì),控制螞蟻離開樹冠,來到與地面相距約25厘米的樹葉處,然后讓螞蟻用自己的顎緊緊地咬住葉脈,科學(xué)家們稱之為「死亡之咬」(death grip),在這個(gè)過程中菌絲會(huì)慢慢地充滿螞蟻的身體,螞蟻也將慢慢地死去,頭部冒出的子實(shí)體待成熟時(shí)會(huì)散發(fā)出孢子,然后開始尋找下一個(gè)宿主??赡苡腥藭?huì)問為什么是25厘米?因?yàn)檫@個(gè)位置不高也不低,正好有利于孢子噴落到地表,讓經(jīng)過的螞蟻感染。

偏側(cè)蛇蟲草菌感染萊氏屈背蟻的過程(https://microbewiki.kenyon.edu/)

為什么偏側(cè)蛇蟲草菌能控制萊氏屈背蟻緊緊地咬住葉脈從而固定在葉子上呢?

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),這些已經(jīng)感染了螞蟻頭部的菌絲,會(huì)使得螞蟻下顎的肌肉發(fā)生萎縮,破壞肌肉纖維中的肌絲連接,并使得其中的線粒體和肌漿網(wǎng)(內(nèi)質(zhì)網(wǎng))數(shù)量大大減少,從而使得螞蟻不再能控制自己的下顎,只能乖乖并痛苦地在這片葉子上逐漸死去,一直到子實(shí)體長(zhǎng)出,這個(gè)過程大約需要4-10天。

受感染的螞蟻下顎肌肉結(jié)構(gòu)發(fā)生改變 A圖中方框放大的結(jié)構(gòu)為菌絲(參考文獻(xiàn) [1])

另一方面,這種被僵尸螞蟻咬過的樹葉上會(huì)留下特殊的啞鈴型咬痕,科學(xué)家們通過比對(duì)一些遠(yuǎn)古植物的化石圖像發(fā)現(xiàn),這種咬痕早在4800萬年前就已經(jīng)存在,這說明這種真菌的僵尸感染模式至少在4800萬年前就已經(jīng)非常成熟,真的令人十分地驚訝。

受感染的螞蟻留下的啞鈴型咬痕(參考文獻(xiàn) [1])
化石樹葉上也有類似的咬痕(https://microbewiki.kenyon.edu/)

另一種是剛地弓形蟲(Toxoplasma gondii。

剛地弓形蟲的結(jié)構(gòu)(wikipedia.org)
弓形蟲速殖子的電鏡結(jié)構(gòu)(wikipedia.org)

這是一種貓科動(dòng)物單細(xì)胞寄生蟲,但是卻能夠引起人獸共患的弓形蟲病。對(duì)于這種寄生蟲而言,貓才是它的終宿主,而人類或者其他動(dòng)物只能成為中間宿主。這是因?yàn)楣蜗x只能在貓科動(dòng)物的小腸上皮細(xì)胞內(nèi)才能完成有性生殖。人類會(huì)通過吞食被蟲卵污染的食物而感染,而且弓形蟲又呈世界性分布,據(jù)統(tǒng)計(jì)大約有10億人感染弓形蟲。不過一般而言,弓形蟲在正常人體內(nèi)很少表現(xiàn)出嚴(yán)重的癥狀,只有當(dāng)機(jī)體免疫力低下的時(shí)候會(huì)表現(xiàn)出弓形蟲病。但是另一方面,因?yàn)楣蜗x還可以通過母嬰傳播感染胎兒,形成先天性感染,所以孕婦如果感染了弓形蟲的話,很可能會(huì)引起胎兒發(fā)育異常,形成畸胎。

弓形蟲的生活史(wikipedia.org)

正如剛才說到的,人和其他動(dòng)物(包括鳥類、鼠類等等,對(duì)于中間宿主,弓形蟲真的不挑)都只是弓形蟲的中間宿主,弓形蟲如果要完成整個(gè)生命周期,必須要找到終宿主,也就是貓科動(dòng)物。

研究發(fā)現(xiàn),感染了弓形蟲的老鼠在學(xué)習(xí)能力和記憶方面顯著下降;但另一方方面,它的運(yùn)動(dòng)能力或者活躍性卻大大地提升(便于被貓發(fā)現(xiàn))。有趣的是,對(duì)于正常老鼠而言,對(duì)于帶有貓氣味地方的厭惡是天生的,但是感染了弓形蟲之后,有相當(dāng)部分的老鼠不僅失去了這種厭惡性,反而還對(duì)這種帶有貓氣味的區(qū)域呈現(xiàn)出一種偏愛??茖W(xué)家們推測(cè),這都是弓形蟲「千方百計(jì)地」要把老鼠送到貓的嘴里,從而使自己得以完成生命周期。

感染了弓形蟲的老鼠不怕貓了?(http://theconversation.com/your-cat-has-toxoplasmosis-and-youre-worried-join-the-club-9365)

然而對(duì)于弓形蟲如何具體控制的機(jī)制,科學(xué)家們?nèi)允遣惶宄2贿^據(jù)推測(cè),神經(jīng)內(nèi)分泌的調(diào)節(jié)很可能是其中的主要原因。研究發(fā)現(xiàn),抑制正常老鼠杏仁核上的N-甲基-D天冬氨酸受體,并提供5-羥色胺拮抗劑的情況下,這些老鼠變得跟感染了弓形蟲的鼠類那樣,對(duì)貓的氣味呈現(xiàn)一種「無所畏懼」的狀態(tài)。同時(shí),對(duì)感染了弓形蟲的鼠類進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)高香草酸(腎上腺素、去甲腎上腺素的代謝產(chǎn)物)、去甲腎上腺素多巴胺等表達(dá)顯著地提高,而這些恰恰都是調(diào)節(jié)動(dòng)物自主運(yùn)動(dòng)、情緒、學(xué)習(xí)、記憶、小腦血流量等的重要物質(zhì)。

于是這些受感染的老鼠,就在這些神經(jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的作用下,一步一步、高高興興地把自己送到了貓的嘴邊。而老鼠體內(nèi)的弓形蟲也就得以進(jìn)入到終宿主貓的體內(nèi),完成有性生殖。

感染了弓形蟲的老鼠不怕貓了?(http://www.nature.com/news/parasite-makes-mice-lose-fear-of-cats-permanently-1.13777)

這種控制活動(dòng)是只會(huì)在鼠類中發(fā)生,還是凡是受到弓形蟲感染的動(dòng)物都有可能受到類似的影響?這一點(diǎn)仍然不得而知。所以,曾經(jīng)有人調(diào)侃說如今越來越多的「貓奴」說不定就是弓形蟲感染造成的,其實(shí)也不無道理。

(http://brainblogger.com/2015/07/21/cats-and-mental-illness-the-role-of-toxoplasma-gondii/)

玩笑歸玩笑,關(guān)于弓形蟲是否真能像控制老鼠那樣控制人體,其實(shí)爭(zhēng)論還很多。不過不管怎么說,加強(qiáng)對(duì)動(dòng)物的管理,尤其是孕婦盡量避免接觸貓、貓糞、生肉并定期做常規(guī)檢測(cè)以預(yù)防弓形蟲病的發(fā)生總是沒錯(cuò)的。

后記

回到我們的派拉斯,從以上兩種寄生物控制宿主的實(shí)例來看,派拉斯背上的花蘑菇通過聯(lián)結(jié)派拉斯體內(nèi)的菌絲,調(diào)控相關(guān)神經(jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的產(chǎn)生,從而影響宿主運(yùn)動(dòng)、情緒等,應(yīng)該是最有可能的機(jī)制。不過看起來派拉斯的蘑菇對(duì)于寄生似乎控制地恰到好處,因?yàn)樗孟癫]有要將派拉斯本體「置于死地」的意思,而只是利用它進(jìn)行運(yùn)動(dòng)并散播孢子。


自然界的神奇之處還有很多,今天先講到這里,下一期我們?cè)賮砝^續(xù)找找動(dòng)漫里面的各種生物趣事。


參考文獻(xiàn)

[1] Hughes D P, Andersen S B, Hywel-Jones N L, et al. Behavioral mechanisms and morphological symptoms of zombie ants dying from fungal infection[J]. BMC Ecol,2011,11:13.

[2] Webster J P. The effect of Toxoplasma gondii on animal behavior: playing cat and mouse[J]. Schizophr Bull,2007,33(3):752-756.


本文為特邀科普作者M(jìn)r-HH的原創(chuàng)文章,希望你們喜歡~

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