寄生蟲如何促進大腦進化？
撰文 | Christopher Packham
翻譯 | 蔣澤華
審校 | 劉宇航 石雲雷
寄生蟲作爲一種令人頭疼的真核生物已經存在了數百萬年，科學家認爲它們很可能會影響宿主的進化。美國新墨西哥大學的教授Marco Del Giudice甚至認爲，能操縱宿主行爲的寄生蟲可能會促進人類大腦的進化。近期，在一篇發表於Quarterly Review of Biology的研究中，Giudice討論了4種宿主演化出的、應對操縱腦部的寄生蟲的策略。
操縱宿主行爲
許多寄生蟲爲了提高自身的繁殖率和傳播率，會操縱宿主的行爲。Giudice舉出了一個例子：弓形蟲（Toxoplasma gondii）會搭乘老鼠的順風車，導致它們腦部杏仁核中細胞發生表觀遺傳學變化。這些變化會使老鼠不再厭惡甚至接近貓，使得弓形蟲能寄生在貓體內。而只有寄生在貓體內，弓形蟲才能繁殖。它也可以感染人類，在感染人類後，它們無法生殖，但可能會改變人類的行爲。
弓形蟲 來源：Wikimedia Commons， the free media repository
Giudice還例舉了狂犬病的例子，狂犬病病毒會促使感染者分泌更多的含病毒的唾液，並使感染者產生恐水症，增加他們的攻擊行爲和咬人的可能性，進而通過這種途徑傳播。此外，許多已知的性傳播病原體會操縱宿主的性行爲。
因此我們有理由認爲，人腦在進化過程中會產生一些保護性的對抗措施，能抵抗寄生蟲對人類的操縱。這也幫助大腦塑造出驚人的、極其複雜的中樞神經系統。Giudice認爲宿主演化出的對抗寄生蟲操縱的方法主要有4種：限制寄生蟲入腦、增加神經操縱的難度、增加信號傳播的複雜性、提高大腦自身的韌性。
限制入腦
高等生物能通過一些方式將寄生蟲阻擋在中樞神經系統之外，這種限制入腦的方式對除了寄生蟲以外的其他病原體也適用。其中，血腦屏障（blood-brain barrier）是由物理和化學防護構成的第一道防線。
然而，寄生蟲已經進化出一些能力，能在動物的腦部外控制宿主的行爲：一些寄生蟲會製造像多巴胺一樣能改變行爲的物質，並將其釋放到血液中。其中一些物質影響宿主體內的激素分泌，而其他的物質則能激活特定的免疫應答，使其操縱宿主的行爲。Giudice還表示許多寄生蟲已進化出能通過血腦屏障的能力，能進入動物的腦部。
增加操縱成本
一些寄生蟲能釋放某些化學物質，改變宿主的行爲。而宿主也會作出相應的反應，通過提高誘導一些反應所需的神經化學物質的數量，增加寄生蟲的代謝成本。由於宿主體型通常更大，這些變化完全可以完全忽略，但對於寄生蟲來說卻是相當大的負擔。
Giudice補充說：“由於現今寄生蟲對宿主神經活動的操縱大多是間接的，因此在大腦早期進化階段，這種通過增加信號傳遞成本的策略或許已經得到了充分的使用。如果這些對策如此有效，迫使大多數寄生蟲不得不採取間接策略，那麼對宿主來說，這種策略反而會變成一種負擔。如果是這樣的話，這個策略最終也被淘汰掉了。”
讓信號傳遞更復雜
在中樞神經系統中，神經元之間、神經網絡之間以及大腦和其他器官之間的信號傳遞主要通過神經活性物質來實現。寄生蟲能通過產生強制性信號或劫持信號通路，來改變宿主的行爲。但這種策略往往需要破解宿主內部信號傳遞的密碼。
寄生蟲更難破解更復雜的信號密碼。例如，宿主能通過不同的神經化學物質的聯合作用增加信號傳遞的複雜性，或者特定的時間內釋放某些神經活性物質。此外，增加信號分子及其受體的數量與種類，也可以增加信號傳遞的複雜性。更精細的內部信號會增加寄生蟲破解密碼的時間。從適應性的角度來看，這可能會限制寄生蟲，促使它們演化出其他的操縱手段。
增強穩健性
增加神經系統的穩健性基本上等於控制寄生蟲的危害程度。高等生物傾向於以這樣的方式進化，也就是即使在被寄生蟲攻擊時，也能維持正常的行爲和大腦功能。Giudice討論了宿主產生的許多穩健性的被動、主動以及反應性對策，其中包括反饋調節系統（feedback-regulated systems）；以及監測免疫系統中的非特異性信號等。例如，當機體產生特定的免疫應答時，往往意味着被寄生蟲感染了。
在很大程度上，這些穩健性的適應措施，更有可能使宿主體內產生“由感染觸發的可塑性反應”。也就是，無論病原體是否存在，大腦的生理狀態和行爲都能達到最好的狀態。Giudice表示宿主在進化出應對策略時，也會存在一定的限制，這可能與宿主自身的新陳代謝水平、能量的來源和體型有關。例如腦體積更大的個體更有可能進化出高水平的複雜的保護措施。這是爲什麼昆蟲更容易被寄生蟲操縱。
Giudice表示：“通過精神藥物治療精神病症狀就是一種通過藥物改變行爲的方式——這也是操縱型寄生蟲所做的。儘管兩者的目的並不相同。”因此，機體對寄生蟲攻擊產生的適應性反應，也可以解釋爲什麼某些患者會對抗抑鬱藥產生耐受性。
就像寄生蟲一樣，當藥物試圖改變個體的行爲時，穩健的神經系統可能會消除被藥物改變的行爲模式。“這種可能性是值得考慮的，至少有一些反應性機制會專門用於檢測和響應寄生蟲入侵，”Giudice寫道， “如果是這樣，一般的藥物治療可能像寄生蟲一樣觸發這些防禦性反應。”他補充說，這些防禦性反應可能能抵禦寄生蟲感染，但不利於精神病治療。
原文鏈接：
https：//phys.org/news/2019-08-parasite-human-neurological-evolution.html
本文轉自環球科學
