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人类大脑神经如何进化?寄生虫充当了隐形设计师

谦太祥和 发布于: 2019年9月1日 22时43分28秒 阅读210次

  原标题:Did parasite manipulation influence human neurological evolution?

  作者:小小
  出品:网易科技《知否》栏目组(公众号:tech_163)

  自人类诞生以来,寄生虫就从未停止过与我们的相爱相杀,它们不仅改变了某些人类的进化方向和行为,甚至也影响了大脑神经的进化方式,充当着隐形设计师的角色。

  美国新墨西哥大学心理学家马可·德尔吉迪斯(Marco Del Giudice)认为,人类大脑进化可能受到控制宿主行为的寄生虫影响,并提出了四种宿主对抗脑操纵寄生虫的适应性对策,以及寄生虫本身进化出的应对方式。

  操纵宿主行为

  许多寄生虫都能操纵宿主的行为,以提高繁殖成功率和实现更广泛传播的目标。德尔吉迪斯博士举了些例子,比如刚地弓形虫(Toxoplasma gondii)。

  这种寄生虫会以老鼠为媒介,并在其杏仁核中诱导表观遗传变化。这些变化降低了老鼠对猫的恐惧,使刚地弓形虫更容易进入猫的体内,因为猫唯一能支持其繁衍的宿主。

  狂犬病会增加传染性唾液的产生,并引起宿主对水的厌恶,然后引发宿主发动暴力攻击,这是狂犬病最常见的传播途径。此外,许多性传播病原体被认为可以操纵宿主的性行为。

  这些寄生虫的存在对宿主危害极大,因此现代人类在进化过程中理所当然地产生了保护措施,这些措施可能塑造了复杂得令人震惊的大脑中枢神经系统。

  德尔吉迪斯提出宿主为对抗操控性寄生虫而进化出的四种对策:限制进入大脑、增加操纵成本、增加信令复杂性以及增加鲁棒性。在每个类别中,德尔吉迪斯也提出寄生虫对这些对策的进化反应。

  限制进入大脑

  对于高等生物来说,将寄生虫排除在中枢神经系统之外是最基本的能力。大脑保护屏障形成了第一道防线,作为物理和化学安全的保护层。

  不过,寄生虫已经进化出了从大脑外部操纵宿主行为的其他能力:有些寄生虫产生可改变行为的物质,如多巴胺,并将其释放到血液中;有些寄生虫可操纵荷尔蒙的分泌,其他则通过激活特定的免疫反应来操纵宿主。

  增加操纵成本

  有些寄生虫通过释放某些神经化学物质来改变宿主的行为。作为防御对策,宿主可以通过增加诱导这种反应所需的特定神经化学物质数量来应对,从而大大增加寄生虫的代谢成本。由于寄主的体型通常要大得多,这种增加的成本对寄主来说完全可以忽略不计,但对要产生足够神经活性物质的寄生虫来说,却会造成沉重负担。

  德尔吉迪斯补充说:“如今寄生虫操控宿主大都同通过间接形式进行,选择增加信号传递的成本在很久以前(大脑进化早期阶段)已经达到顶峰。矛盾的地方在于,如果这些对策如此有效,以至于迫使大多数寄生虫采取间接策略,它们很快就会变得过时,最终没有任何净成本好处。如果真是这样的话,它们可能在不断提高效率的压力下被淘汰。”

  增加信号复杂性

  中枢神经系统利用神经活性物质作为神经元、大脑网络以及大脑和其他器官之间的内部信号。寄生虫可以通过产生压制性的信号来劫持这些通路,从而改变宿主行为,或者正如德尔吉迪斯所指出的那样,破坏现有的信号。不过,这需要破坏宿主的内部信号代码。

  对于寄生虫来说,越复杂的信号编码越难破解。这种复杂性增加包括需要不同神经化学物质联合发挥作用,或在特定的时间脉冲中释放神经活性物质。扩展传输分子及其结合受体机制也增加了复杂性,更精细的内部信号增加了寄生虫破解信号代码所需的时间。

  从适应性的角度来看,这可能会迫使寄生虫寻找其他的操纵方法。然而,不断增加的复杂性也提高了宿主的代谢成本。此外,增加某个系统的复杂性“往往会产生新的脆弱点”,这可能会被适应性更强的寄生虫所利用。

  提高稳健性

  提高系统的稳健性也就相当于对损害进行控制。高等生物倾向于以能够维持正常行为功能的方式进化,即使在受到寄生虫攻击时也是如此。德尔吉迪斯讨论了许多被动和主动提高稳健性的宿主策略,包括系统的冗余和模块化、所谓的领结网络架构、反馈调节系统以及对非特异性线索监测等。

  在很大程度上,稳健性适应可能会排除固定的生理调整,而倾向于发展“由寄生感染触发的塑性反应”。原因是,如果大脑的生理和行为在病原体存在的情况下适应得最好,那么病原体缺失就会导致非最佳行为,甚至降低存活率。

  有助于神经科学和药物研究

  考虑到上述所讨论的进化机制,德尔吉迪斯建议研究宿主-寄生虫的相互作用,这可能有助于进一步促进神经科学和精神药理学的研究。

  在精神药理学中,使用精神活性药物治疗精神症状,实际上就是试图通过药理学手段改变患者行为,这也是控制欲强的寄生虫所做的。标准的药物治疗可能会在不知不觉中模仿寄生虫的攻击,并引发专门的防御反应,从而帮助治愈精神疾病。

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