进化混乱如蝴蝶、黄蜂和病毒三方大战

我们目前正在观看——通常是惊恐地——当病毒及其宿主参与进化军备竞赛时会发生什么。限制传染性和增强免疫力的措施是选择更容易传播并至少避免一些免疫反应的病毒株。所有这些都可以通过进化论轻松解释，并已通过数学建模。但并非所有的进化相互作用都是如此整洁和二元的。周四的《科学》杂志描述了蝴蝶、寄生在它们身上的黄蜂以及可以感染这两种物种的病毒之间的三方斗争。将随之而来的交互称为“复杂”是一种重大的轻描淡写。涉及的群体之一是鳞翅目、蝴蝶和飞蛾。在这个故事中，它们似乎是受害者，因为与任何其他物种一样，它们也可能被病毒感染。许多这些病毒感染可能是致命的，尽管有些会迅速杀死动物，而另一些则需要时间。由于它们经常在幼虫/毛虫阶段进行攻击，因此病毒需要其他宿主才能将病毒传播给其他受害者。执行这种运输服务的一些物种是寄生蜂，它们对蝴蝶有自己的设计。黄蜂在毛毛虫身上产卵，而出现的幼虫只是在毛毛虫还活着的时候就开始吃它。这种情况造成了一些复杂的竞争。例如，某些病毒可能依赖黄蜂传播到新宿主，但一旦到达，就会开始与黄蜂争夺不幸的毛毛虫的细胞。然而，毛毛虫并非完全没有防御能力，有些毛毛虫能够对病毒产生免疫反应。一些菌株似乎也能够抵抗黄蜂幼虫的入侵。然而，病毒通常编码的蛋白质会抑制免疫反应，这也有利于它们对细胞的竞争。最近发表的工作首先观察到黄蜂物种可以寄生于特定的鳞翅目昆虫，但如果毛虫也感染了特定的病毒，这种作用就会被阻止。这种病毒在毛毛虫吃东西时进入它们的叶子，因此它不依赖黄蜂进行传播。阻止黄蜂活动不会让病毒付出任何代价，而且可以为自己节省更多的受害者。然而，该病毒确实杀死了宿主，并且无法阻止所有寄生蜂。

研究人员发现，易感的黄蜂幼虫实际上已被杀死。或者更确切地说，毛毛虫的某种东西诱导黄蜂幼虫的细胞进行有序的自杀，称为细胞凋亡。在任何情况下，研究小组都能够证明杀死是由溶解在毛毛虫内部液体中的因素造成的。该因子最终被发现是一种被称为“寄生虫杀灭因子”或 PKF 的蛋白质。研究人员获得了该蛋白质的一些氨基酸序列，这使他们能够识别在病毒基因组中编码它的基因。对病毒基因组的扫描发现，感染蝴蝶的几种病毒携带相似的基因，有些病毒携带不止一个基因。但 PKF 基因不仅限于病毒。相反，许多鳞翅目物种也携带它们，有些物种携带多个版本。这些基因的特征表明它们是通过 DNA 的意外转移从病毒中提取的。 （也有可能是一些病毒从宿主那里捡回了基因。）不出所料，测试发现目标黄蜂有复杂的反应谱。对于一些 PKF/黄蜂物种组合，幼虫死亡。在其他情况下，发展放缓或停止。在其他组合中，PKF 不影响幼虫存活。至少在一个案例中，黄蜂携带的病毒不会通过进食感染毛虫——相反，它似乎依赖黄蜂来传播它。当然，黄蜂对其 PKF 免疫。但是 PKF 确实会干扰可能与毛毛虫竞争的黄蜂物种的发育。同时，病毒与携带毛虫的黄蜂竞争毛毛虫。相关的鳞翅目物种无疑带有 PKF，可以防止黄蜂成功寄生它们。这一切都不是静态的。虽然研究人员在某个时间点描述了一幅复杂的图景，但宿主范围的变化、基因的转移以及 PKF 基因家族的多样化都将在未来继续进行。如果有人在五十万年后检查事物，情况可能会比现在更复杂。