寄生虫的世界

来自动物学系的Alex Betts，Craig MacLean和Kayla King阐述了他们最近在“科学”杂志上发表的研究，该研究探讨了寄生虫群落对进化变化和多样性的影响。

达尔文出版物种起源至今已有150多年的历史。尽管如此，生物多样性的演变和后果仍然是进化生物学家仍在解决的迫切问题。

世界上到处都是寄生虫，它们与宿主的拮抗作用会产生巨大的进化后果。几乎所有的生物体都被寄生虫感染，或者自己是寄生虫。重度感染的宿主可能会受到强烈的自然选择，因为它们不太可能繁殖。宿主可以相互对寄生虫施加强烈的选择，因为抗性宿主可以抵抗它们，削弱寄生虫的能力以建立感染和繁殖。这种强烈的相互对抗可以推动快速的进化变化，并被认为是生物学的许多其他方面的责任，从性别到物种形成。

宿主经常受到多种不同寄生虫物种的攻击。我们测试了这种寄生虫多样性是否在进化时间(例如共同进化)中塑造了与宿主的相互拮抗作用。

在研究今天发表在科学，我们研究了单细胞菌，绿脓杆菌，充当之间的相互作用主机对于噬菌体寄生虫 - 感染细菌宿主细胞的微小病毒，在这些细胞内繁殖，并使宿主破裂以释放其后代。这种寄主 - 寄生虫系统非常有用，因为我们可以实时观察假单胞菌和噬菌体之间的共同进化。在实验开始时，我们使用的细菌克隆对我们所有的病毒寄生虫都很敏感。然而，细菌通过修饰细胞表面迅速进化出对噬菌体的抗性，使噬菌体更难附着和感染：噬菌体在注射致死DNA之前必须附着在细胞表面。作为响应，噬菌体进化出修饰的结构以附着于改变的细胞表面。

在许多生态系统中，不同的寄生虫群落是典型的。我们的工作表明，相对于单寄生虫物种的感染，寄生虫多样性可以驱动寄主抗性的快速进化。寄主种群也变得更加进化，彼此不同。最终，群体之间的这种基因组分裂可能导致新种类的细菌和噬菌体的形成。

在我们的实验中，我们还测试了增加寄生虫多样性是否会改变宿主和寄生虫之间的共同进化模式。我们进一步研究了如何通过宿主和寄生虫基因组中的突变介导变化。这些变化的性质通常属于两种相互竞争的描述之一：军备竞赛和红色女王。军备竞赛涉及宿主抵抗力和寄生虫感染性不断升高的持续时间，因此宿主(和寄生虫)的未来种群总是比祖先更具抗性(或感染性)。相比之下，Red Queen coevolution主要是旋转策略的模式来匹配你现在的对手，这样今天的战略应该对你的对手现在最有效，而不太适合过去或未来的对手。

我们的研究表明，寄生虫群落可以形成快速拮抗共同进化的温床。随着寄生虫多样性的增加，共同进化转向有利于宿主和寄生虫之间更强的军备竞赛。随着寄生虫多样性的增加，共同进化速度加快。宿主和寄生虫分别进化出更高水平的抗性和感染性。整个过程的基础是主持人转向适用于各种敌人的一般防御战略。保持对抗社区中每种寄生虫的不同种类的抗性并不是最好的方法。宿主使用广义抗性机制的能力对于我们在多种寄生虫面前看到的进化加速至关重要。

这些结果对我们思考快速进化变化的驱动因素和多样性的演变具有深远的意义。很可能寄生虫群落在亚马逊雨林等具有高度多样性的自然生态系统中观察到的升高的进化速率中发挥作用。

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