[小红猪]“重女轻男”细菌扳倒进化平衡

标签: 生物 内共生 立克次氏体 译文 | 发表时间:2011-09-22 02:00 | 作者:小红猪小分队 yu
出处:http://songshuhui.net

译者:Gorgon

译者自我简介/征友启事:Gorgon,(为了不做白大褂女PhD)叛出生物转投医卫,身在美帝心系天朝,一脚文艺一脚科学,兜兜转转已到亟待随手解救之年。诚征有共同理想的男青年共渡。xuluting2009#gmail.com

校对:人神之间

小红花等级:4朵

原文链接:Gender-biased bacteria throw off an evolutionary balance

Sweet potato whiteflies

本月(原文发表于2011年4月),生物学家发现一种细菌感染正在美国西南部最常见的一类农业害虫的种群中肆虐。这种细菌(立克次氏体)是人类斑疹伤寒始作俑者的近亲。它的宿主叫甜薯粉虱 (sweet potato whitefly),它们体型虽小,却能数以万计地出现、形成人眼可见的“虫云”。粉虱吸取植物汁液、传播作物疾病,仅一季就能造成数百万美元的经济损失。短短几年间, 西南部地区粉虱的立克次氏体感染率已从1%飙升到了90%以上。遗憾的是,这对当地农民来说并非喜讯:立克次氏体非但没有让粉虱生病,反而积极地帮害虫大量繁殖和扩张。进化理论就藏在这一惊人现象的背后,同时也为我们如何扭转局面指出了方向。

进化在哪里?

我们都熟悉能致病的细菌;然而,除此之外另有一整类细菌属于共生体,它们为宿主提供好处。立克次氏体给粉虱带来的益处是巨大的:受到感染的粉虱能繁殖出比 未受感染者多一倍的后代,这些后代存活至成虫的比例又比未受感染者的后代大得多。为什么一种生物会对另一种生物如此慷慨呢?答案与细菌的进化适应度有关。在这个例子里,对宿主有益的恰好也对寄生物有益。立克次氏体在粉虱种群中以母体-子代的方式传播──而不是,例如说,同一片叶子上靠近的虫体互相传染。从自然选择的角度来看,这也就是说,任何一种细菌假如带有对宿主生存和繁殖有利的基因型,就会被传递至更多的宿主。历经许多世代之后,这种基因型在立克次氏体 种群中的份额会越来越大,为宿主提供越来越多好处的细菌得以进化下去。

以进化的角度,这重关系里的另一个疑点也可以得到解答:立克次氏体不仅提高了宿主的繁殖力,还造成了性别偏向──偏向于生产雌性。未受感染的粉虱后代的性 别比大约是50/50,而受到感染者诞下70%左右都是雌性。如果考虑细菌的适应性,这项策略也有道理。更多的雌性意味着粉虱种群增长得更快,也就带动了立 克次氏体种群的激增。同时,因为细菌感染只在母子间传播(父子则不行),这种性别偏向也就为下一代粉虱的被传染制造了更多机会。一种小小的细菌竟能对其宿主的繁殖有如此影响力,听上去似乎有些牵强。但事实上,自然界中,微生物在宿主体内作威作福的例子俯拾皆是──真菌感染令蚂蚁爬到草叶的最高处(有利于真菌孢子的播散);某些原生虫感染使老鼠不再怕猫(方便寄生虫经由食物链扩散);还有许多、甚至更为奇异的例子。

尽管人类的性别比接近50/50,我们的XX和XY性染色体机制也让这个比例显得十分自然,生物界中的性别比却不都是五五均分。随便举几个50/50规则 的异数──立克次氏体影响下的粉虱产下更多雌性;新西兰鹦鹉(New Zealand parrots)在食物充足的时候生雄性较多,野牛在旱季则生雌性较多。对立克次氏体和粉虱而言,使宿主性 别偏向雌性似乎是个双赢局。那么,为什么正常情况下的粉虱会选择50/50性别比呢?不论如何,难道不应该生更多雌性以确保有利条件吗──哪怕没有被立克次氏体感染?进化理论同时也能解释,为何多数物种保持一半雄性和一半雌性的比例──以及为何会有例外出现。

要理解50/50性别比普遍存在的原因,请考虑一个假想的粉虱种群:未受立克次氏体感染,性别比50/50均分。想象基因库出现一个突变,导致个体诞下雌性的几率超过雄性。因此下一代将出现更多的雌性粉虱,同时,这个有利于生雌性的基因型的频率也获得增加。由于这一世代雌性过剩,每个雄性个体成为父亲的几率也增加了──比如说,平均每个雄性能够与1.5个雌性产生后代。这时候,情况变得有利于那些生雄性的基因型的所有者,因为雄性后代将拥有更多交配机会,也就更有可能把基因传递下去。现在,自然选择作用将会偏向于增加那个生雄性的基因型──再下一代的粉虱中,雄性个体数量又会上升。这个循环将无限进行下去:每当雌性过剩,生雄性的基因型更有利;每当雄性过剩,生雌性的基因型又占优势。这是一种频率依赖型选择,也就是说,某一性状的优势或劣势取决于其在种 群中的频率。这场自然选择的拉锯战的结果,就是我们所看到的,性别比将倾向于50/50均分。

偏离50/50的性别比,也有其特殊原因。例如,某些物种(如新西兰鸮鹦鹉 kakapo parrot)的雄性需要为求偶而竞争。拥有某些性状的雄性(如个头大、力量强、较大的角、鲜艳的羽毛等)得以与数个雌性交配,另外一些则干脆没有交配机会。这也就导致,如果一位母亲没有足够的资源、无法培育出那类拥有优势性状的雄性,她最好还是生女儿好过生儿子。在这种情况下,资源匮乏时,生雌性的基因型占据进化优势,而资源充足时,生雄性的基因型占优。

当然,现在西南地区的粉虱种群偏离50/50性别比,并不是因为粉虱的进化,而是因为立克次氏体的进化。共生体进化出了操纵宿主性别选择以为己用的能力 ──不能不说是个有趣的进化冲突。立克次氏体若能保持对粉虱性别比的控制,并令其偏向雌性,其适应度就能获得最大化。但对粉虱个体来说,拥有某种有利于生雄性的基因型(就算已经被立克次氏体感染)才是极大的优势!就像前文所述那场性别比的进化拉锯战一样,在一个雌性过剩的粉虱种群中,比起生女儿,生儿子才会给粉虱父亲或母亲带来更多孙辈。正因如此,要达到粉虱个体适应度的最大化,恰恰需要将种群性别比拉回50/50。这场粉虱-立克次氏体之间的进化拔河赛将会出现何种结果,仍待进一步观察。

生物学家则在监测上述相互作用给西南地区农业生产带来的冲击。尽管农民们还未发现异常规模的作物损失,立克次氏体感染的流行(以及由此而来的宿主繁殖力上升)似乎已经造成了粉虱数目激增。与此同时,正在进行的对立克次氏体及其宿主的研究,则有望为我们指明对抗害虫的新策略。既然共生体能够对宿主产生如此强有力的影响,科学家已开始探索如何将其作为全天然抗虫害的一种机制。实际上,就在2009年,他们已经成功利用一种能将蚊子寿命减半的共生菌株感染了蚊子!我们需要进一步了解立克次氏体操纵粉虱适应度与繁殖能力的具体机制,以便研究出新方法来对付这种虫害。

极端的内共生

立克次氏体,也许听来像某种遥远又陌生的细菌;其实,你同它的关系比你想象中要近。十亿多年前,一种立克次氏体的近亲入侵了另一种细胞(很像现在的立克次氏体入侵粉虱──这种关系叫内共生),并在其中长存下去。那种细胞进化成了最初的真核生物,立克次氏体的古老近亲则进化成了最初的线粒体,也就是为细胞提供养料的细胞器。最终,真核的始祖(带着体内的线粒体一起)进化出我们现在看到的植物、动物、真菌,包括我们自己!立克次氏体的近亲就存在于你身体的每个细胞中──以线粒体的形式。

相关 [红猪 细菌 进化] 推荐:

[小红猪]“重女轻男”细菌扳倒进化平衡

- yu - 科学松鼠会
译者自我简介/征友启事:Gorgon,(为了不做白大褂女PhD)叛出生物转投医卫,身在美帝心系天朝,一脚文艺一脚科学,兜兜转转已到亟待随手解救之年. 原文链接:Gender-biased bacteria throw off an evolutionary balance. 本月(原文发表于2011年4月),生物学家发现一种细菌感染正在美国西南部最常见的一类农业害虫的种群中肆虐.

[小红猪]不确定性原理:进化如何两头下注

- 秋也 - 科学松鼠会
译者自我介绍:大家好,我是月光. 正在某岛国国立大学读电子工程系. 兴趣是物理学,前沿科技,推理,变态、犯罪心理学以及各种神秘学. 一年前从牛博网链接接触科学松鼠会然后发现原来还有这么多各界geek与我兴趣相投. 目前目标:希望通过翻译各种有趣的文章为科普传播做些贡献~. 校对:Glaußren, Ent.

我们=10%人+90%细菌

- popomore - 健康朝九晚五 - 果壳网
细菌的数量占到了人体所有活细胞(既包括组成人体本身的所有活细胞,也包括生活在人体中的所有微生物)的90%,大肠杆菌用它们的3个尾巴在我们的肠道里活泼泼地上下游动,而以能引起我们食物中毒而闻名的沙门氏菌一直华丽丽地生活在我们的皮肤上,却对我们没有任何影响. 在每一个人的身体中大概有500-1000种不同种类的细菌,他们在成人体内可繁殖出大约100万亿个体细胞——大约是一个人全部体细胞的10倍.

细菌掷骰子吗?

- yu - 科学松鼠会
传说骰子的发明人是三国时期的文学家曹植,是为了占卜之用. 时至今日,它已演化为人类广泛用于赌博和休闲娱乐的工具,深入千家万户. 除老百姓外,科学家们对骰子也可谓情有独钟,甚至在上个世纪还爆发了关于“上帝掷骰子吗”的大讨论. 当然,我今天并不想讨论这么大的一个话题,但依然不妨碍我把掷骰子试验背后隐藏的二项分布和大数定理引入自然界,用它对一些生物学现象进行探讨和分析.

[小红猪]H.M.二合一

- 甜菜 - 科学松鼠会
作者:BENEDICT CAREY. 发表日期:2009年12月2日. 圣地亚哥——一个丧失记忆能力的人给科学家留下一个使未来许多世代受益匪浅的宝物:他的大脑,现在正被解剖并以极高的精度绘制数据图. 这个人名叫Henry Molaison,在他去世之前为保护他的隐私,他都被外界叫做H.M.. 他在接受了1953年的一场脑手术后失去了形成新记忆的能力,于是在接下来的半个世纪中,他成了整个脑科学界被研究最多的患者.

肠道细菌能影响大脑

- 小天 - Solidot
有数百种细菌居住在人类内脏,科学家刚开始了解这些细菌对人生理和健康的影响. 根据发表在PNAS上的报告,研究发现肠道细菌能扰乱思维,改变大脑化学物质,改变情绪和行为. 爱尔兰神经学家John Cryan和同事给老鼠喂食含有有益菌鼠李糖乳杆菌的食物,连续六周. 结果老鼠花了许多时间探索原来让它们害怕的狭窄高架马路和开阔的空间.

肠道细菌透露你的胃口

- hao - Solidot
根据一项新研究,你吃进嘴里的东西帮助决定了居住在肠道中的是哪种类型的细菌. 研究人员发现,一个人摄入的肉、脂肪、碳水化合物和酒精影响了肠道细菌类型. 但饮食结构的改变并不意味着一种细菌会迅速取代另一种细菌. 四月的《自然》杂志报告说,人的肠道细菌主要有三种类型:类杆菌属(Bacteroides),瘤胃菌属(Ruminococcus),普氏菌属(Prevotella).

淡水+盐水+细菌=清洁能源

- 阳勇 - Solidot
第一次,研究人员仅仅使用水和细菌便能可持续的生产出清洁的氢气. 宾州州立大学的工程师Bruce Logan和Younggy Kim在PNAS上发表报告,声称成功组合两种设备,无需外部能量就能产生氢气. 原型设备包括两个塑料瓶和一个小玻璃箱,塑料瓶一瓶装淡水,一瓶装盐水,玻璃箱由两部分构成,一半放细菌,一半放营养液.

粉红猪插座:Svintus Power Strip

- Cult - 爱…稀奇~{新鲜:科技:创意:有趣}
我到现在都记得第一次观看施瓦辛格《全面回忆》时的震撼,不为州长那满身的肌肉,而是因为火星女人的三个乳房……当时我就想,这能奶多少孩子啊……不过,说到奶孩子,虽然可能是对女性朋友不敬,但必须承认,从天然的优势而言,这方面我们面对猪是只能甘拜下风的——大概设计公司Art Lebedev Studio也是这么想,所以他们让猪身上的乳头全变成了插孔:.

[小红猪]拖延症,不可怕

- henry - 科学松鼠会
原文地址:Waiting for the motivation fairy. 我喜欢他们呼啸而过时嗡嗡作响的声音. 如果你想创造一个理想的培育拖延症的温床,那就试着动手做一个研究项目吧. 这样的项目大多工程庞大且耗时长,比如像博士生的研究项目通常得耗上至少三年的时间. 这些项目的截止日期通常模糊不清,更别提回报了:你投入很多精力,却听不到任何积极鼓励的声音,奖励更是遥不可及.