《PNAS》一种人类寄生虫竟然存在雄性不育品种

加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的科学家们的一项新研究发现，一种已知会导致人类健康问题的微小淡水寄生虫，会用一种无法繁殖的士兵来保护它的殖民地。

这一发现发表在今天的《PNAS》上，由美国国立卫生研究院资助，将这种寄生吸虫纳入了蚂蚁、蜜蜂和白蚁等复杂细分工种的动物社会的行列。

这种吸虫（Haplorchis pumilio）通常通过食用生的或未煮熟的鱼进入人体，会引起胃肠道问题，严重时还会引起中风或心脏病发作。根据美国食品和药物管理局的指导方针，将鱼完全煮熟或将任何打算生吃的鱼冷冻至少一周就足以杀死。虽然没有关于Haplorchis pumilio的具体统计数据，但食源性吸虫感染每年在全世界造成200万生命年的残疾和死亡损失。

与蜜蜂和白蚁不同，这种吸虫的栖息地不是在地下或树洞里，而是在一只活蜗牛的体内。这些寄生虫不会杀死蜗牛，而是在数年的时间里吸走它们的营养，因为它们会产生自由游动的克隆体，这些克隆体会寻找鱼——吸虫在它们复杂的生命周期中的下一个宿主。

“与蜜蜂或白蚁相比，你可以在实验室里容纳更多的扁形虫群落，”斯克里普斯的生态学家、该研究的资深作者Ryan Hechinger说。“这些吸虫可以成为探索社会生物学基本问题的宝贵工具，比如，‘这种社会组织是如何进化的?’”

虽然这类寄生虫中的其他一些物种(trematodes)也有士兵，但这些物种的士兵可能仍然含有一些不活跃的生殖组织，这表明它们在某个时候可以繁殖。这项研究首次证明，吸虫士兵在身体上过于专注于自己的任务，以至于他们缺乏任何生殖组织，似乎永远无法繁殖。

Haplorchis pumilio 在淡水蜗牛Melanoides tuberculata体内形成巢状群落，然后在其生命周期中感染另外两个连续的宿主——通常是鱼，最后是温血脊椎动物。吸虫和蜗牛都原产于非洲和南亚，但在美洲，包括加利福尼亚州，德克萨斯州和佛罗里达州都是共同入侵的。

在吸虫生命周期的阶段，当它在蜗牛体内形成一个殖民地时，研究人员遇到了士兵吸虫。士兵们用它的大嘴来防御入侵者——比如其他寄生虫——它们能产生强大的吸力，在敌人身上撕开洞，把它们的内脏吸出来。

“这些蠕虫想要保护自己的房子，”该论文的主要作者、内布拉斯加大学林肯分校的博士后研究员Dan Metz说，他在斯克里普斯大学读博士期间进行了这项研究。“另一种寄生虫感染了蜗牛，就像有人进入你的家，威胁你的家人。你会尽你所能保护你的家人，这些虫子也会。”

Metz遇到这些蠕虫多少有些偶然。在加利福尼亚圣地亚哥的默里湖散步时，他在水边看到了一只不熟悉的蜗牛，并把它带回了实验室。结果表明，这只蜗牛是Melanoides tuberculata，它也感染了吸虫。

在仔细观察了这群寄生虫后，Metz注意到，这群寄生虫中的许多成员只有其他成员的一半长，而且比例也不同。这些较小的蠕虫被证明是士兵，尽管它们不到半毫米长，但它们的嘴更大，比具有繁殖能力的同类大五倍。

Metz说:“这些士兵真的只是移动的下巴。它们的全部功能就是咬东西。”

通过实验和仔细检查，Metz和Hechinger发现了多条证据，表明这些士兵与殖民地内具有生殖能力的亲属完全不同。

首先，所有的士兵都没有任何生殖器官，而即使是最不成熟的生殖蠕虫——包括还在父母体内的未出生的蠕虫——也有可检测到的生殖结构。其次，研究人员没有发现任何蠕虫的身体比例似乎可以弥补士兵和生殖蠕虫之间的身体差距。各种体型的士兵的嘴相对于它们的整体体型来说都比较大，没有一只可生殖蠕虫的嘴能达到士兵的直径。第三，研究人员通过实验证明，士兵不断攻击其他寄生虫，而生殖蠕虫几乎没有表现出攻击行为。

该研究还表明，拥有专门的士兵似乎有助于这种吸虫物种的生态优势，至少在南加州的入侵范围内是这样。在入侵南加州并感染同一只蜗牛的其他吸虫物种中，研究人员计算出，产生士兵的物种造成的死亡约占不同物种死亡总数的94%。这种在吸虫冲突中的优势火力导致其他吸虫物种的丰度远远低于它们本来的水平。

“这些士兵不会感染人类——它们只在蜗牛体内，”Metz说。“吸虫生命周期的不同阶段感染温血脊椎动物，包括人类，但士兵使这种寄生虫更成功地感染蜗牛，这意味着更多的机会传播给人类。”

这种寄生虫正在全球传播，了解其生物学对公共卫生以及了解复杂社会组织的进化根源都很重要。也可能有更多种类的吸虫具有永久性的士兵等级。

“我们才刚刚开始寻找，”Hechinger说。“地球上可能有多达20万种吸虫，我们只在社会组织的背景下研究了其中的一些。关于吸虫如何创造具有劳动分工的复杂社会，还有很多有待发现的东西。”

The physical soldier caste of an invasive, human-infecting flatworm is morphologically extreme and obligately sterile