深海琵琶鱼是如何交配的

深海琵琶鱼是一种丑陋的海洋生物。它们更令人吃惊的地方是,进化出了难以置信的繁殖策略。纤小的雄性会永久地附着在相对庞大的雌性身体上,融合其组织,然后建立血液循环!这样,雄性就完全依赖雌性来提供营养,就像连体双胞胎共享供体器官一样。这种不寻常的现象被称为性寄生,这一生存策略为发生深海中的繁殖活动作出了贡献。

雄性与雌性的永久融合代表了一种解剖学上意义上的结合,除了在遗传上完全相同的连体双胞胎外,这极其罕见。因为生物的免疫系统会带来巨大妨害。它攻击外来组织,也就是著名的排异反应——长久以来,器官移植最大的难点就是如何压制排异反应。回忆一下,各种影视作品如《豪斯大夫》集剧里,需要器官移植的角色,要等待多久才能匹配成功。但是,这些磕了八碜的深海鱼是怎么回事?

自从1920年冰岛渔业生物学家首次发现性寄生现象以来,已经过去了100年。现在,德国和美国的科学家解决了这一百年难题。Science刊发了他们的报告。

消除了免疫系统的关键功能

几年前,德国马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所工作的免疫学家Thomas Boehm博士和华盛顿大学的鱼类学家、国际知名的琵琶鱼专家Theodore W. Pietsch着手研究不同的琵琶鱼的基因组。他们从主要组织相容性(MHC)抗原的结构开始。这些分子存在于人体细胞的表面,当细胞被病毒或细菌感染时,就会向免疫系统发出警报信号。为了确保有效识别所有病原体,MHC分子千变万化,以至于很难在同一物种的两个个体中找到相同或近似的分子抗原结构。这一特性也是是困扰人体器官和骨髓移植的组织匹配问题的根源。

有趣的是,研究人员发现,琵琶鱼用于编码这些MHC分子的基因被大量关闭,就好像它们放弃了免疫识别而转向组织融合一样。“除了异常的MHC基因座,我们发现杀伤性T细胞的功能——它们通常会在器官排斥过程中主动清除受感染的细胞或攻击外来组织,即使功能没有完全丧失,也会严重受损。”论文的第一作者,马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所的免疫生物学和表观遗传学专家Jeremy Swann介绍说。

根据这些意外发现,科学家猜测琵琶鱼的免疫系统可能比预期的还要离谱。确实,进一步的研究表明,某些琵琶鱼不再产生抗体。首席科学家,免疫生物学和表观遗传学研究所的主任Thomas Boehm说:“对人类而言,在琵琶鱼中观察到的重要免疫功能的综合丧失将导致致命的免疫缺陷。”

然而,琵琶鱼显然没有灭绝。因此,研究人员得出结论,这些动物使用了许多改良的先天机能来抵御感染,这是出乎意料的答案。直到几天前,人们还一直认为,获得性免疫与先天免疫的伙伴关系一旦在进化中形成,就无法在保留一个的情况下,关闭另一个。

免疫系统影响生殖策略

因此,“尽管先天和适应功能的相伴关系经历了数亿年的演化,但脊椎动物可以在缺失以前认为不可替代的适应性免疫能力的情况下生存。我们认为,迄今未知的进化动力会首先驱动免疫系统的变化,然后被用于指导性寄生虫的进化。”

有趣的是,科学家们相信,在他们收集的样本中,甚至发现了一个性寄生策略进化未完全的中间亚种。

尽管细节仍有待发现,但这项研究的结果指出了免疫系统缺失的人类患者潜在的生存策略。因此,始于大西洋中部一条渔船上的科学之旅,出乎意料地开辟了治疗人类免疫疾系统疾病的新篇章。

原文:https://science.sciencemag.org/content/early/2020/07/29/science.aaz94

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