来自动物学系里的亚历克斯·贝茨、克雷格·麦克莱恩和凯拉·金，阐明了他们最近发表在《科学》杂志上的研究成果，该研究解决了寄生虫群落对进化变化和多样性的影响。达尔文发表《物种起源》已经有150多年的历史了。尽管如此，生物多样性的进化和后果仍然是进化生物学家们仍在研究的迫切问题。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。几乎所有的生物都感染了寄生虫，甚至是寄生虫自己。
图像显示了来自这个实验的祖先细菌生长在一个培养皿中使用相同的生长介质作为实验，这些细菌在紫外光下是天然的荧光。图片：Oxford Science Blog
博科园-科学科普：受到严重感染的寄主可以在强大的自然选择下，因为它们不可能繁殖。宿主可以相互促进对寄生虫的强大选择，因为抵抗宿主可以击退它们，使寄生虫具有致残能力，从而产生感染和繁殖。这种强烈的相互对立可以推动快速的进化变化，并被认为对生物学的许多其他方面负责，从性别到物种形成。宿主经常受到多种不同的寄生物种的攻击，测试了这种寄生虫的多样性是否会在进化的时间(例如共同进化)中形成与宿主的相互对抗。
发表在《科学》期刊上的研究中，研究了单胞菌、绿脓杆菌的相互作用，它是噬菌体寄生虫的宿主——微小的病毒感染细菌宿主细胞，在这些细胞内繁殖，并爆发宿主，释放它们的后代。这种寄主寄生系统非常有用，因为我们可以实时观察假单胞菌和噬菌体的协同进化。在实验开始时使用的细菌克隆对我们所有的病毒寄生虫都很敏感。然而，这种细菌通过改变细胞表面，使噬菌体更加难以附着和感染，从而迅速进化出对噬菌体的抗性：噬菌体在注入它们的致命DNA之前必须附着在细胞表面。
这张图片显示的是寄生的噬菌体(绿色)在细菌表面(蓝色)上聚集。图片：University of Jyvaskyla
作为回应，噬菌体进化出了可以附着在改变的细胞表面上的修饰结构。不同的寄生虫群落在许多生态系统中是典型的。研究表明，相对于单个寄生物种的感染，寄生生物多样性可以推动宿主抗性的快速进化。宿主种群之间的进化差异也越来越大。最终，种群之间的基因组分裂可能导致新的细菌和噬菌体的形成。在实验中，还测试了增加的寄生生物多样性是否改变了寄主和寄生物之间的共同进化模式。进一步研究了变化是如何通过宿主和寄生虫基因组的突变来调节的。这些变化的本质往往会成为两种相互竞争的描述之一：军备竞赛和红皇后。
随着时间的推移，军备竞赛会不断地增加宿主的抵抗力和寄生虫的传染性，这样未来的宿主(和寄生虫)种群总是比祖先更有抵抗力(或传染)。相比之下，红皇后共同进化是由旋转策略的模式主导的，以匹配你现在的对手，这样，今天的策略应该对你的对手最有效，而不适合过去或未来的对手。研究表明，寄生族可以形成快速对抗共同进化的温床。随着寄生虫多样性的增加，共同进化倾向于更强的宿主和寄生虫之间的军备竞赛。随着寄生虫多样性的增加，共同进化加速。寄主和寄生物都进化出更大的抗性和传染性。
这整个过程的基础是，东道国向传播一种适用于各种敌人的一般防御战略的转变。保持不同种类的抵抗，特别是在社区中对抗每一个寄生虫不是最好的方法。宿主使用广义抗性机制的能力对于我们在面对大量寄生虫时所看到的进化加速至关重要。这些结果对我们思考快速进化的动力和多样性的进化有着深远的影响。很有可能，寄生群体在自然生态系统中所观察到的高水平的生物多样性，如亚马逊热带雨林，发挥了一定的作用。
博科园-科学科普｜参考期刊：科学｜来自：牛津大学
