奇怪的“精神控制”寄生虫缺失了在其他动物中发现的基因

　　《当代生物学》(Current Biology)杂志上的一项新研究揭示了一个有趣的进展:各种毛虫都有一个奇怪的特征:它们缺少研究人员预期发现的大约30%的基因。更有趣的是，缺失的基因与纤毛的发育有关，纤毛是在几乎所有已知动物物种的细胞中发现的毛发状结构。

　　

毛虫（Hairworms）失去了负责细胞运动、过滤和感知的微小“毛发”，而其他所有已知的动物都有。

在一个充满奇异动物的世界里，hairworms可以说是最奇怪的动物之一。这些寄生虫可以操纵宿主的行为，这种现象有时被称为“精神控制”。

《当代生物学》(Current Biology)杂志上的一项新研究揭示了一个有趣的进展:各种毛虫都有一个奇怪的特征:它们缺少研究人员预期发现的大约30%的基因。更有趣的是，缺失的基因与纤毛的发育有关，纤毛是在几乎所有已知动物物种的细胞中发现的毛发状结构。

这种蠕虫形似细细的意大利面条，有几英寸长，在世界各地都能找到。它们的基本身体结构暗示了它们的寄生性质，因为它们没有排泄系统、呼吸系统或循环系统，几乎完全生活在其他生物体内。芝加哥菲尔德博物馆的博士后研究员、该研究的主要作者Tauana Cunha指出:“最酷的事情之一，也许是它们最出名的事情之一，就是它们可以影响宿主的行为，让它们做一些它们本来不会做的事情。”

有数百种淡水毛虫。当它们的卵在水中孵化时，它们的生命周期就开始了，幼虫被像蜉蝣幼虫这样的小型水生捕食者吃掉。反过来，它们又被更大的陆地捕食者(如蟋蟀)捕食。在寄主体内成熟后，毛虫会操纵寄主的行为，促使它们跳入水中。一旦到达那里，毛虫就会从它们的宿主中蠕动出来，开始寻找配偶，从而重复这个循环。

虽然也有五种海洋毛虫寄生在龙虾等水生生物身上，但由于不需要返回水中，它们操纵宿主的能力尚不清楚。

毛虫的遗传研究

尽管毛虫的行为很奇怪，但Cunha对这种动物的研究兴趣更多地与它们的DNA有关。“我们开始对它们的基因组进行测序，因为在此之前从未对它们进行过这样的测序，”她谈到与她的合著者Bruno de Medeiros一起进行的研究时说。“我们的目标是产生这些基因组，并最终利用它们来了解毛虫和其他动物之间的进化关系。”

在获得了两种毛虫的DNA样本——一种是淡水的，一种是海洋的——并对它们进行了测序后，研究小组在将毛虫的遗传密码与其他生物的遗传密码进行比较时，有了惊人的发现。

发现缺失基因

Cunha说:“我们发现，非常令人惊讶的是，这两种毛虫的基因组都缺失了大约30%的一组基因，而这些基因本来应该存在于基本上所有的动物群体中。”

这样的发现通常会促使科学家们质疑他们是否犯了错误。然而，两种蠕虫中缺失的基因之间存在相关性。“大部分缺失的基因在这两个物种之间完全相同。这纯属偶然，”Cunha说。

Cunha和她的同事们发现，其他动物身上缺失的这些基因负责产生纤毛。

“纤毛是细胞器，是细胞水平上的小结构，基本上存在于所有动物中，甚至更广泛地存在于原生生物、一些植物和真菌中。所以它们存在于地球上各种各样的生命中，”Cunha说。它们存在于人体的许多细胞中:例如，精子细胞的尾部是纤毛，我们眼睛视网膜的细胞也有纤毛。

纤毛缺失的含义

在早期的研究中，科学家们发现，毛虫似乎没有通常可以观察到的纤毛。例如，毛虫的精子就没有尾巴。然而，在毛虫身上没有纤毛的视觉证据并不能作为它们不存在的决定性证据。菲尔德博物馆(Field Museum)授粉昆虫馆馆长、该论文的合著者Bruno de Medeiros说:“如果没有基因组，这将需要研究所有物种的所有生命阶段的所有细胞。”  

Cunha说:“根据以前的观察，似乎毛虫没有任何纤毛，但我们并不确定。现在有了基因组，我们发现它们实际上缺乏其他动物产生纤毛的基因——它们首先没有产生纤毛的机制。”

理解进化模式和未来方向

此外，淡水和海洋毛虫都失去了纤毛基因的事实表明，这种进化变化很可能发生在它们共同祖先的远古时代。Cunha说:“这种损失很可能发生在该群体进化的早期，他们只是这样继续下去。”

这一发现为大量新的查询铺平了道路。目前还不清楚纤毛的缺失是如何影响毛虫的，或者毛虫的寄生行为是否与缺少纤毛有关。Cunha说:“有很多其他的寄生生物并没有缺失这些特定的基因，所以我们不能说这些基因的缺失是因为它们的寄生生活方式。但寄生生物通常会缺失很多基因。据推测，由于寄生虫不使用某些结构，而是依赖于它们的宿主，它们最终会失去这些结构。”

对未来研究的启示

发虫并不是唯一表现出“精神控制”特征的寄生虫。类似的行为也见于导致弓形虫病的原生动物，它能减少啮齿动物对猫的恐惧，以及因视频游戏和电视节目《最后生还者》而闻名的真菌蛇虫草，它能操纵蚂蚁传播真菌的孢子。

虽然这些生物与发虫只有远亲关系，但Cunha认为，这项新研究可以帮助科学家确定这种行为如何运作的共同模式。“通过在未来对生物体进行这种比较分析，我们可能能够寻找相似之处。或者，这些生物可能以完全不同的方式进化出相似的行为，”Cunha说。

参考文献: Rampant loss of universal metazoan genes revealed by a chromosome-level genome assembly of the parasitic Nematomorpha” by Tauana J. Cunha, Bruno A.S. de Medeiros, Arianna Lord, Martin V. S?rensen and Gonzalo Giribet, 18 July 2023, Current Biology.