2019-08-27 00:54:02
寄生虫操纵是否影响人类神经系统的进化

似乎很明显,有人应该在几十年前就已经想到它:由于寄生虫已经困扰了数百万年的真核生命,它们的流行可能会影响进化。新墨西哥大学的心理学家Marco Del Giudice并不是第一个提出人类大脑进化可能受操纵宿主行为的寄生虫影响的研究者。但他厌倦了等待神经学家拿起球并继续运行,他在“生物学季刊”上发表了一篇论文,提出了针对大脑操纵寄生虫的四类适应性宿主对策以及寄生虫本身可能的进化反应。这个想法涉及许多领域,可能解释人类心理学,功能性大脑网络结构,以及精神药物令人沮丧的可变效应。

该论文详细且具有可读性,是一篇理论工作,旨在为深入研究提供可能令人痛苦复杂的路线图,并最终需要神经学家,进化生物学家,心理学家,寄生虫学家和许多其他人的参与。

操纵主机行为

许多寄生虫操纵宿主行为以增加繁殖成功并扩散到更广泛的区域。 Del Giudice博士引用了弓形虫(Toxoplasma gondii)这样的例子,它可以搭便车,并诱导啮齿动物杏仁核的表观遗传变化。这些变化减少了它对猫,原生动物的预定目的地,以及它可以繁殖的唯一动物的捕食者厌恶。 (作为副作用,它可以感染人类 - 人类是弓形虫的生殖死胡同,但它也被认为会改变人类的行为。)

Del Giudice还引用狂犬病,这会增加感染性唾液的产生并诱导宿主对水的厌恶,这会进一步集中唾液,然后产生暴力攻击以增加咬人的可能性,即传播途径。众所周知,许多性传播的病原体会操纵宿主的性行为。

关键是寄生虫对宿主来说真的很糟糕,因此现代人类的进化包括选择成功的保护性对策,并可能形成令人困惑的复杂中枢神经系统。

本文由四个反对操纵寄生虫的主机组成:限制进入大脑;增加操纵成本;增加信令的复杂性;并增加稳健性。在每个类别中,Del Giudice建议寄生虫对这些对策进行进化反应。

限制进入大脑

对于有抱负的高等生物,将寄生虫保持在中枢神经系统之外就像免疫学101;正如Del Giudice指出的那样,限制进入大脑的适应性益处也适用于非寄生虫病原体。因此,血脑屏障包括作为一层物理和化学安全的第一道防线。

寄生虫已经进化出了从大脑外部操纵行为的其他选择:一些产生改变行为的物质,如多巴胺,并将它们释放到血液中;有些人操纵激素的分泌;其他人激活特异性免疫反应以操纵宿主。 Del Giudice还引用了许多寄生虫,这些寄生虫进化出通过血脑屏障的方法,以便在物理上到达大脑。

增加操纵成本

一些寄生虫释放某些神经化学物质以改变宿主行为。作为对策,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的量来适应,大大增加寄生虫的代谢成本。由于寄主通常要大得多,这种增加的成本对宿主来说可以完全忽略不计,同时压倒寄生虫产生足够神经活性物质的能力。

Del Giudice补充道,“由于目前的操纵实例大多属于间接类型,因此选择增加信号的成本会在很久以前达到顶峰,可能是在大脑进化的早期阶段......矛盾的是,如果那些对策是如此有效的是,他们迫使大多数寄生虫采取间接策略,他们会使自己过时,最终成为净成本而没有任何普遍的好处。如果是这样,他们可能因为效率的无情压力而被选中。“

增加信号的复杂性

中枢神经系统使用神经活性物质作为神经元,脑网络和大脑与其他器官之间的内部信号。寄生虫可以劫持这些途径,通过产生压倒一切的信号来改变行为,或正如Del Giudice指出的那样,破坏现有的信号。这需要打破主机的内部信令代码。

因此,更复杂的信令代码对于寄生虫来说更难以破坏。这种复杂性增加的实例包括需要不同神经化学物质的联合作用,或以特定定时脉冲释放神经活性物质。扩展传递分子及其结合受体的集合也增加了复杂性。更精细的内部信号增加了打破所需的时间。从适应性的角度来看,这可以关闭寄生虫的选择,迫使其开发其他操作方法。

然而,复杂性的增加提高了宿主的代谢成本,尽管这些成本对寄生虫来说成本更高。 Del Giudice指出,增加系统的复杂性“往往会产生新的脆弱点”,这可能通过适应寄生虫来利用。

增强稳健性

增加系统的稳健性基本上等于损害控制。高等生物倾向于以这样的方式进化,即使在寄生虫的攻击中它们也能保持正常的行为功能。 Del Giudice讨论了许多被动,被动和主动的健壮性主机策略,包括系统的冗余和模块化;所谓的蝴蝶结网络架构;反馈调节系统,可检测系统的扰动并进行纠正调整;以及监测非特异性线索,例如表明存在寄生病原体的免疫系统活动。

很大程度上,健壮性调整可能排除固定的生理调整,而是有利于“感染线索引发的塑料反应”的发展。原因在于,如果大脑生理和行为适应在病原体存在下发挥最佳作用,那么它的缺失会导致非最佳行为并降低存活率。

Del Giudice在论文中讨论了主持人对抗措施演变的限制。这些包括代谢和计算限制,例如能量可用性和小体型 - 具有较大脑的动物可以更容易地进化更高水平的保护复杂性。这是在昆虫中更常见的改变行为的寄生虫的一个原因,这提供了寄生虫策略和宿主对策的基本实例。

精神药理学

最后,作者对这种适应精神药理学的影响进行了一次引人入胜的讨论。 “使用精神活性药物治疗精神症状是试图通过药理学手段改变行为。这也是操纵性寄生虫的作用 - 即使在精神病治疗的情况下,目标是使患者受益,”Del Giudice写道。

因此,对寄生虫攻击的适应性反应可以解释为什么抗抑郁药倾向于在一些患者样寄生虫中诱导耐受,药物试图改变生物体的行为,强健神经系统可能重新平衡已被药物改变的行为途径。 “值得考虑的是,这些反应机制中至少有一些可能是专门设计来检测和应对寄生虫入侵的,”Del Giudice写道。 “如果是这样,标准的药物治疗可能会无意中模仿寄生虫的攻击并引发专门的防御反应。”他补充说,药物的某些不良副作用可能代谢昂贵,但在寄生虫感染期间有用的适应性特征,但对精神病治疗有害。

本文是围绕寄生作为进化压力的思想的理论探索,因此,有用地阐明了研究人员应对神经生理学和大脑网络本已具有挑战性的领域的复杂性和难度。

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