虱子憑什麼能跟人類一起進化?

虱子(Lice)的唯一食物來源是哺乳動物血液中缺少的一種維生素,沒了這種共生細菌,虱子就無法生存。反過來,這種細菌只能寄居在虱子的特定細胞,通過雌虱子傳給小虱子,離開了它們的昆蟲宿主,細菌也無法生存。

但是這種共生關係始於何時,如何進化出來的,無人知曉。有些早期的研究認為,在進化的時間長流中,虱子體內的內共生生物(endosymbionts)經過了數次更替。

然而,佛羅里達博物館的研究人員Bret Boyd 和David Reed發現,追溯到最古老的類人猿和世界上最古老的猴子還享有同一祖先的2000-2500萬年前,虱子就已經開始了與這種產維生素細菌的共生關係,並且這種關係一直保持至今,從未改變。

數萬年過去了,人類進化了,虱子也進化了,但這種細菌一直形影不離。

這項研究刷新了該種共生細菌的系統進化樹。

「儘管虱子是一種名聲(惡名)在外的昆蟲,但是我們不能泯滅了它的學術價值,」本文的第一作者、目前是喬治亞大學的博後研究生Boyd說。「而寄生蟲(如虱子)與靈長類動物的進化關係又與這些共生細菌息息相關,因此,我們的科研成果為細菌基因組的進化研究提供了一個很好的模型。」

「許多種類的吸血虱子只寄生在特定的某個物種身上。從某些特定的虱子那裡,我們能獲得猿類向人類進化的有用信息」佛羅里達博物館哺乳動物館館長、項目研究和收集處副主任Reed說道。「有關人類的進化歷史實際上是比較模糊和難以重建的,虱子和它們的寄生細菌的進化歷程能幫助我們填補許多猿類向人類進化的空白信息。」

為了完整的獲取虱子與共生細菌的共同進化圖譜,研究人員對人類、大猩猩、黑猩猩、和紅猩猩的內共生生物進行了基因組測序和數據處理。

研究人員發現,人類和其他靈長類動物體內的共生細菌基因組都非常微小——全長僅有530-570kb(大腸桿菌基因組全長4600kb)。這是一個共生細菌的典型特徵,在伴宿主進化的過程中,共生細菌逐漸扔掉了部分基因組信息。

在比對了不同的共生有機體基因組後,研究人員發現,2500萬年前靈長動物共生菌的基因組發生了大規模的重構。這場重構後出現的基因促進了如今虱子-共生菌的共生關係。顯然,虱子認為這種共生菌的基因組十分有利,因此在如今許多虱子品種中,我們仍能發現它們維持了幾千萬年的親密關係。

研究還發現,虱子共生菌的基因組所含的大多數基因是用來合成維生素的。對寄生在人類、黑猩猩、大猩猩和猴子身上的虱子來說,其共生菌主要生產維生素B。

「在基礎科研領域,仍然存在一些遺留的重點問題。比如,共生菌基因組是如何不斷縮小的?共生菌最終保留的都是哪些基因等等,」Boyd說。「共生生命體基因組的變化能幫我們闡明昆蟲和細菌千百年來的共生關係;而搞清楚共生菌留下的基因類型,則可以幫助我們了解哪些基因對細菌來說是相對比較重要的」。

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