苍蝇改变虱子进化

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2011-5-31 11:47:25 来源:生命科学论坛 作者:towersimper

虱子如何很好地附着在鸽蝇(pigeon fly)上从而搭便车感染新的鸟类宿主,影响它们的进化。被苍蝇带往空中的虱子种类(species),四周传播并感染更多的宿主种类,与它们的宿主相比更易于在不同时刻进化形成新物种,而那些附着在土地上的虱子则更紧密地与它们感染的鸟类共同进化。

2011年5月23日,这些研究成果,发表在PNAS杂志网站上,表明宿主(如鸽子)和寄生生物(虱子)的共同进化能受到群落中其他生物种类(如苍蝇)的影响。


一只鸽蝇卡纳尔鸽虱蝇 (Pseudolynchia canariensis)携带两只翅翼虱鸽长虱(Columbicola columbae)的扫描电子显微镜图片。图片来自:Chris Harbison和俄亥俄卫斯理大学的E.H. Burtt, Jr. and J. Ichida

“人们总是认为共同进化就是在两种生物世系(lineage)中发生,但是这些世系经常处于一个非常复杂的群落之中”,纽约锡耶纳学院(Siena College)进化生态学者Chris Harbison说,“甚至像搭苍蝇便车这样的简单互动也能对共同进化的长期模式带来长期的影响。”

初看一下,寄宿在鸟身上的羽虱(feather louse)种类似乎很难与感染同样鸟类的寄生生物区分开来,因为它们都是以相同的羽毛和死亡的皮肤为食物,而且拥有同样的生活方式。但是它们能表现出更细微差别的行为和体征。比如体虱(body louse)紧紧地贴在宿主皮肤上,将它们细小的爪子植入到皮肤内。另一方面,翅翼虱(wing louse)拥有较长的爪子,易于抓住宿主翼羽,躲藏在羽枝(feather barb)之间,避免宿主整理羽毛时被清理掉。

再者,两个虱子种类拥有不同的物种形成模式。每当宿主鸽子形成一个新的种类时,体虱也往往如此,然而翅翼虱似乎按照自己的时间安排形成新的种类。如果人们将虱子和它们的宿主鸽子的系统进化树(phylogenetic tree)重叠在一起,“体虱的进化紧密地跟随着鸟的进化,而翅翼虱的进化与鸟的进化分离开”,Harbison说,“我们能寻找出一些能够促进共进化模式上这些明显差异发生的生态因素吗?”

Harbison说,这个明显的答案在于翅翼虱易于感染多种宿主种类。这可能是由于这些虱子更能够接触新的宿主,或者它们一旦接触上就更成功地感染宿主。以前的研究否定后面一种假设---体虱和翅翼虱实验性地放置在不同的鸟种类上,都同样地能形成种群。但是一些证据表明翅翼虱要比体虱更牢固地抓住鸽蝇---以鸟血为食物的一种寄生生物,这很可能就给翅翼虱提供一种交通工具,以便感染新的鸟种类。

为了验证这种假设,Harbison和他的同事们将野外抓到的野鸽(rock pigeon)与哀鸽(mourning dove)圈养在含有或不含有鸽蝇的棚子里。其中野鸽身体上有一全套体外寄生生物(ectoparasite),而哀鸽身上的寄生生物被全部清理掉以便作为虱子的潜在的新宿主。

在充满苍蝇的棚子里,翅翼虱成功地感染了七只不含寄生生物的哀鸽(成功率为21%),而体虱只感染了一只哀鸽。在没有苍蝇的棚子里,对哀鸽而言,没有发生一次翅翼虱感染,只发生一次体虱感染,这些表明苍蝇在翅翼虱在不同宿主种类之间传播起着不可或缺的作用。

“就表面上而言,这是一篇非常简单的研究论文:就是关于鸟与苍蝇在棚子里”,亚利桑那大学进化生物学者Noah Whiteman说,“然而它反映的却是将宏观进化模式直接与生态过程相联系。[那是]难办的事情。”


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