【趣味科普】寄生的蘑菇可以控制派拉斯的思维?

上两期神奇宝贝的专题出来之后,有好几个朋友留言说想讲讲派拉斯,突然间感觉大家跟小编想到一块去了,因为上期讲的是互利共生,这期是该讲讲寄生了。

派拉斯(https://wiki.52poke.com)

派拉斯是一种背上长有蘑菇的神奇宝贝,它的本体是一种节肢动物,但是具体是个什么节肢动物不太好判断(既有甲壳纲的特征,也有昆虫纲的特征),它的背上寄生有两个蘑菇,之所以称「寄生」,根据神奇宝贝的官方介绍,因为它背上的蘑菇会不断吸走派拉斯的养分而成长(所以派拉斯必须要频繁地进食来维持双方的营养供给),而不会像妙蛙种子那样,通过植物体的光合作用,可以实现养分的互相利用。所以这是一种一方获利而一方受害的关系,也是典型的寄生。

当派拉斯进化成派拉斯特后,它背上的蘑菇更大了,甚至比本体还大。而这时有一个更有趣的现象是,派拉斯特背上的蘑菇直接控制了派拉斯特的意识,所以派拉斯特更喜欢在阴暗潮湿的地方群居,并四处散播孢子。

派拉斯特(https://wiki.52poke.com)
派拉斯到派拉斯特的进化(https://wiki.52poke.com)

其实,像这种寄生物控制宿主意识的事例在现实生活中还真不少,然而多数都比较令人不适(比如控制螳螂的铁线虫、控制蜗牛的双盘吸虫等等。恩,知道就好,不太建议去看图,所以下面只给大家详细介绍容易接受一点的两种——偏侧蛇虫草菌和大家比较熟悉的弓形虫

进入正题

派拉斯和派拉斯特是背上的真菌蘑菇控制了本体的节肢动物意识,在自然界中竟真的也有一种真菌可以控制节肢动物意识的案例,那就是偏侧蛇虫草菌(Ophiocordyceps unilateralis)和莱氏屈背蚁(Camponotus leonardi)的寄生。

偏侧蛇虫草菌和莱氏屈背蚁的寄生(wikipedia.org)

与偏侧蛇虫草菌同属的是鼎鼎大名的冬虫夏草(中华虫草菌,Ophiocordyceps sinensis)。冬虫夏草菌可以感染在土壤中过冬的蝠蛾幼虫,使它们身体僵化随后死亡,在这过程中菌丝逐渐吸收营养并充满整个虫体,再到春末夏初的时候从虫子的头部破壳而出,长出子座。与冬虫夏草类似,偏侧蛇虫草菌在感染了蚂蚁之后也会在蚂蚁的头部长出子实体,就像派拉斯背上长出的蘑菇一样。但是冬虫夏草不会像偏侧蛇虫草菌那样控制宿主的行动(或者没这么明显),而后者在感染蚂蚁之后,可以通过某种方式引导宿主到达适合自己繁殖的区域再逐步死亡。

冬虫夏草(wikipedia.org)

莱氏屈背蚁一般居住在树冠层,它们的工蚁在白天行动时一旦不幸地被这种真菌的孢子感染之后,真菌便会释放一些化学物质,控制蚂蚁离开树冠,来到与地面相距约25厘米的树叶处,然后让蚂蚁用自己的颚紧紧地咬住叶脉,科学家们称之为「死亡之咬」(death grip),在这个过程中菌丝会慢慢地充满蚂蚁的身体,蚂蚁也将慢慢地死去,头部冒出的子实体待成熟时会散发出孢子,然后开始寻找下一个宿主。可能有人会问为什么是25厘米?因为这个位置不高也不低,正好有利于孢子喷落到地表,让经过的蚂蚁感染。

偏侧蛇虫草菌感染莱氏屈背蚁的过程(https://microbewiki.kenyon.edu/)

为什么偏侧蛇虫草菌能控制莱氏屈背蚁紧紧地咬住叶脉从而固定在叶子上呢?

科学家们发现,这些已经感染了蚂蚁头部的菌丝,会使得蚂蚁下颚的肌肉发生萎缩,破坏肌肉纤维中的肌丝连接,并使得其中的线粒体和肌浆网(内质网)数量大大减少,从而使得蚂蚁不再能控制自己的下颚,只能乖乖并痛苦地在这片叶子上逐渐死去,一直到子实体长出,这个过程大约需要4-10天。

受感染的蚂蚁下颚肌肉结构发生改变 A图中方框放大的结构为菌丝(参考文献 [1])

另一方面,这种被僵尸蚂蚁咬过的树叶上会留下特殊的哑铃型咬痕,科学家们通过比对一些远古植物的化石图像发现,这种咬痕早在4800万年前就已经存在,这说明这种真菌的僵尸感染模式至少在4800万年前就已经非常成熟,真的令人十分地惊讶。

受感染的蚂蚁留下的哑铃型咬痕(参考文献 [1])
化石树叶上也有类似的咬痕(https://microbewiki.kenyon.edu/)

另一种是刚地弓形虫(Toxoplasma gondii

刚地弓形虫的结构(wikipedia.org)
弓形虫速殖子的电镜结构(wikipedia.org)

这是一种猫科动物单细胞寄生虫,但是却能够引起人兽共患的弓形虫病。对于这种寄生虫而言,猫才是它的终宿主,而人类或者其他动物只能成为中间宿主。这是因为弓形虫只能在猫科动物的小肠上皮细胞内才能完成有性生殖。人类会通过吞食被虫卵污染的食物而感染,而且弓形虫又呈世界性分布,据统计大约有10亿人感染弓形虫。不过一般而言,弓形虫在正常人体内很少表现出严重的症状,只有当机体免疫力低下的时候会表现出弓形虫病。但是另一方面,因为弓形虫还可以通过母婴传播感染胎儿,形成先天性感染,所以孕妇如果感染了弓形虫的话,很可能会引起胎儿发育异常,形成畸胎。

弓形虫的生活史(wikipedia.org)

正如刚才说到的,人和其他动物(包括鸟类、鼠类等等,对于中间宿主,弓形虫真的不挑)都只是弓形虫的中间宿主,弓形虫如果要完成整个生命周期,必须要找到终宿主,也就是猫科动物。

研究发现,感染了弓形虫的老鼠在学习能力和记忆方面显著下降;但另一方方面,它的运动能力或者活跃性却大大地提升(便于被猫发现)。有趣的是,对于正常老鼠而言,对于带有猫气味地方的厌恶是天生的,但是感染了弓形虫之后,有相当部分的老鼠不仅失去了这种厌恶性,反而还对这种带有猫气味的区域呈现出一种偏爱。科学家们推测,这都是弓形虫「千方百计地」要把老鼠送到猫的嘴里,从而使自己得以完成生命周期。

感染了弓形虫的老鼠不怕猫了?(http://theconversation.com/your-cat-has-toxoplasmosis-and-youre-worried-join-the-club-9365)

然而对于弓形虫如何具体控制的机制,科学家们仍是不太清楚。不过据推测,神经内分泌的调节很可能是其中的主要原因。研究发现,抑制正常老鼠杏仁核上的N-甲基-D天冬氨酸受体,并提供5-羟色胺拮抗剂的情况下,这些老鼠变得跟感染了弓形虫的鼠类那样,对猫的气味呈现一种「无所畏惧」的状态。同时,对感染了弓形虫的鼠类进行检测,发现高香草酸(肾上腺素、去甲肾上腺素的代谢产物)、去甲肾上腺素多巴胺等表达显著地提高,而这些恰恰都是调节动物自主运动、情绪、学习、记忆、小脑血流量等的重要物质

于是这些受感染的老鼠,就在这些神经调节物质的作用下,一步一步、高高兴兴地把自己送到了猫的嘴边。而老鼠体内的弓形虫也就得以进入到终宿主猫的体内,完成有性生殖。

感染了弓形虫的老鼠不怕猫了?(http://www.nature.com/news/parasite-makes-mice-lose-fear-of-cats-permanently-1.13777)

这种控制活动是只会在鼠类中发生,还是凡是受到弓形虫感染的动物都有可能受到类似的影响?这一点仍然不得而知。所以,曾经有人调侃说如今越来越多的「猫奴」说不定就是弓形虫感染造成的,其实也不无道理。

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

玩笑归玩笑,关于弓形虫是否真能像控制老鼠那样控制人体,其实争论还很多。不过不管怎么说,加强对动物的管理,尤其是孕妇尽量避免接触猫、猫粪、生肉并定期做常规检测以预防弓形虫病的发生总是没错的。

后记

回到我们的派拉斯,从以上两种寄生物控制宿主的实例来看,派拉斯背上的花蘑菇通过联结派拉斯体内的菌丝,调控相关神经调节物质的产生,从而影响宿主运动、情绪等,应该是最有可能的机制。不过看起来派拉斯的蘑菇对于寄生似乎控制地恰到好处,因为它好像并没有要将派拉斯本体「置于死地」的意思,而只是利用它进行运动并散播孢子。


自然界的神奇之处还有很多,今天先讲到这里,下一期我们再来继续找找动漫里面的各种生物趣事。


参考文献

[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.


本文为特邀科普作者Mr-HH的原创文章,希望你们喜欢~

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