没有。 08 这还是“共生”吗？杀死男性并控制性的细菌

发布于 2018 年 1 月 18 日
永畑义幸的采访和文字

最好不要男主人

先生深津对共生细菌的研究始于蚜虫。最后一次中提到的臭虫，以及介壳虫、象鼻虫，甚至虱子。在许多情况下，昆虫和细菌之间的共生关系以一对一的关系发展。很明显，共生细菌不再能够在自然界中单独生存，因为它们专门从事昆虫体内的特定功能，并将其他功能降低到极限。

蚜虫通常在称为真菌细胞的特殊细胞中拥有共生细菌，这些细菌通过合成无法从植物中获得的氨基酸，在蚜虫的生存中发挥着重要作用。

先生Fukatsu估计，这种共生关系早在100到2亿年前就已经发生了。

然而，在某些角蚜物种中，发现了真菌而不是细菌，这在蚜虫中很常见。真菌与酵母、霉菌和蘑菇有关，与原核细菌不同，它们具有细胞核和线粒体，并且许多通过延伸菌丝生长。当通过基因分析证实这种真菌的身份后，发现它与冬虫夏草有密切的亲缘关系。冬虫夏草是一种以杀死昆虫并接管昆虫身体而闻名的真菌。也就是说，蚜虫与它的天敌冬虫夏草有着共生关系，通过驯服它，使其在它的生存中发挥着至关重要的作用。生物的体内有着这些神秘的关系。然而，这是一种即使从外部也看不出来的微观共生关系。仅凭实地观察无法提供解决问题的线索。

“并非所有昆虫都以同样的方式与微生物共生。椿象的肠道里有细菌，但锹虫尾巴末端的育儿袋里有真菌。这并不像所有昆虫都具有类似的共生微生物那么简单；每种昆虫在进化过程中都与各种微生物建立了不同的关系。” （深津先生）

这很有趣，因为这些关系并不统一，但研究也并不简单。

顺便说一句，当我们谈论与细菌的“共生”时，我们自然会得到这样的印象：它对宿主生物体也有用。然而，如果我们仔细观察自然界中发生的现象，我们就会发现它们并不总是对生物“有用”。

爱好者们都知道，当一种名为 Ryukyuumrasaki 的蝴蝶繁殖时，只会出现雌性。此外，在南美洲和非洲，已证实果蝇家族中存在只在户外种群中产下雌性的雌性果蝇。

然而，在日本有些生物只能找到雌性。例如，最常见的竹节虫——竹节虫，通常只见于雌性。即使不与雄性交配，雌性也会自行产下受精卵并重复世代，这一过程称为孤雌生殖。

然而，与琉球rasaki和果蝇不同的是，雄性正常存在，除非两性交配，否则无法获得受精卵。尽管如此，仍有相当大比例的雌性只在圈养时才生下雌性。

这种神秘现象早已为人所知，但它实际上是沃尔巴克氏体和螺原体等共生细菌的杰作，它们在发育的早期阶段杀死受精的雄性卵，从而只出生雌性。换句话说，沃尔巴克氏体和螺原体是“操纵性”的细菌，这一点已经很清楚了。

这有点技术性，但这些共生细菌操纵繁殖的方式不仅仅是杀死雄性。有四种主要机制，如下所示，根据细菌或宿主生物体的不同而有所不同。

1. 使雌性能够在没有雄性的情况下分娩和繁殖（诱导单性生殖）
2. 将基因上的男性宿主改变为女性（性别逆转）
3. 在发育早期仅杀死雄性卵，以便只有雌性孵化（杀死雄性）
4. 受感染的雄性干扰未受感染的雌性的繁殖（细胞质不相容）

最后一个，细胞质不相容，稍微复杂一些，但未感染的雌性和感染的雄性交配产生的卵被杀死，但感染的雌性的卵没有被杀死并正常孵化，因此，群体中感染雌性的比例随着每一代而增加。

杀死雄性的共生细菌，如沃尔巴克氏体和螺原体，存在于宿主昆虫的细胞内，并在繁殖过程中通过感染卵巢中的卵细胞从雌性传给后代。这称为母系遗传。另一方面，只有浓缩核和鞭毛的精子不具有可以被共生细菌感染的细胞质，因此它们不能从雄性传给后代。这意味着感染雄性的共生细菌无法传递给下一代宿主，注定会与雄性一起死亡。

因此，对于共生菌来说，即使雄性宿主死亡，也不会痛、不会痒。重要的是女性能够将自己的身份传承给下一代。事实上，如果杀死雄性可以增加雌性兄弟姐妹的食物份额，使其长大并增加其繁殖潜力，那就更有利了。通过这种方式，共生细菌进化出了一种被称为“雄性杀戮”的残酷策略，它杀死宿主产下的一半卵，以增加自身的生存机会。

近年来，为了预防登革热、寨卡热等蚊媒疾病，世界各地的人们从澳大利亚开始，延伸到东南亚、南美、北美，开始释放大量人工感染带有沃尔巴克氏体的埃及伊蚊，试图降低病原体在田间的传播效率，沃尔巴克氏体这个名字在新闻中也越来越多。事实上，当蚊子感染沃尔巴克氏体时，具有显着抑制蚊子体内登革热病毒和寨卡病毒感染密度的作用。这是利用上述沃尔巴克氏体控制繁殖方法的细胞质不相容机制（4）来传播病原体传播能力降低的感染沃尔巴克氏体的蚊子的努力。

尽管被众多天敌包围，但只有一小部分从卵孵化的昆虫能够存活下来，成为成虫、交配并产卵。尽管在如此激烈的生存斗争中幸存下来并产卵，但本应成为雄性的卵，或未受感染的雌性产下的卵，却被细菌杀死了。这与其说是共生，不如说是细菌几乎单方面受益的“寄生”？

是“共生”还是“寄生”并不容易判断

深津先生说道。
“即使在同一生物体内，根据情况，与细菌的关系也可以是互利或寄生的。沃尔巴克氏体产生一种叫做核黄素的物质，它是维生素 B 的一种。如果体内缺乏维生素，导致维生素缺乏状态，沃尔巴克氏体的存在将是有益的。共生还是寄生关系不是固定的，而是可变的，可以根据环境而变化。”

如果你观察生命世界中发生的现象，就会发现共生和寄生并不是对立的概念，而是相互对立的。事实上，寄生也包含在共生之中。在人类的价值观中，我们倾向于决定事物是共生的还是寄生的，就像我们统一区分好与坏一样，但自然世界要复杂得多，不可能以明确的方式区分好与坏。

“世界上有很多东西，不仅仅是自然世界，是无法明确定义的。例如，即使你试图定义富士山，富士山距离其广阔的山底还有多远？”

深津先生问道。登山者谈论富士山是指从登山口到山顶的旅程，如果将其视为风景，则富士山一直延伸到山脚。无法客观地确定富士山的边界。

另一方面，尽管自然世界多种多样，但也存在共同的规律。通过发现、整合或分离自然界中存在的各种现象之间的关系，人们可以认识机制。如果我们观察不同情况下生物和细菌之间的关系，我们可以看到各种关系，例如“给予”、“帮助”、“杀戮”和“无关”，其中一些关系可以根据环境从有害变为有益。通过将这些不同的关系置于“共生”的概念下，我们可以系统地破译自然世界的机制。

“从广义上讲，水稻、蔬菜和牲畜都与人类有着共生关系。蔬菜是人类种植的，其种植面积比最初野生物种时要大得多，并且在人类的控制下蓬勃发展。”

聊了一会儿之后，我被带去参观了实验室。繁殖室内衬有恒温室，可保持恒温，德国绿蝽、黑象鼻虫、黑腹果蝇不断繁衍后代。楼上，每个房间里都排列着各种实验设备，包括DNA分析设备，年轻人正在默默地进行着实验。

当我问深津先生“您的设备种类繁多”时，他回答道。

“现在这个研究所有能力做各种研究。但我花了20年才得到所需的一切。”

回来了。

随着研究的扩展，新设备变得必要。从故事的每一个细节都可以看出，团队凭借出色的创意和业绩，不断从外部获取研究经费后，终于组装好了所需的设备和研究系统。

虽然我们周围都是这些尖端设备，但充分利用它们只是揭示肉眼无法看到的现象的一种手段。 Fukatsu 先生的实验室的工作人员始终处于各自领域的实地研究前沿。一般来说，具有出色的动植物探索能力并专注于实地研究的人往往会避免在室内重复实验。但无论是德国绿蝽中发现的不断进化的共生细菌，还是蚜虫体内发现的真菌或沃尔巴克氏体，都是肉眼可见的。为了阐明现象的本质，我们首先要提出一个假设，并通过实验来验证。与微生物共生的研究必须同时进行现场调查和室内实验才能进行。

先生深津的工作涉及在不同的自然世界中寻找共性并将其具体化，这本身就是基础研究。在当前重视可立即应用于技术的研究的氛围下，自信地继续基础研究的态度是信心和信念的表现。与工业相关的应用研究是基础研究的结果。破译一个又一个新的未知现象的工作是别人无法完成的。

“我会做我认为真正有趣的研究”

当我向深津先生询问未来的计划时，他微笑着，言语中充满了自信。