喪屍螳螂會被跳水自殺

在自然界中,有很多寄生蟲為了自身利益而操縱宿主改變行為的古靈精怪例子,例如受感染的喪屍蟻會爬上樹的有利位置,然後才在頭上爆出蛇形蟲草菌的孢子。最新刊於 Current Biology 的日本研究就發現到被鐵線蟲寄生的螳螂為何會「跳水自盡」 [1]

領導研究的日本神戶大學生物學副教授佐藤拓哉指,他本人是個生態學家,此前已發現跳水的受感染宿主成為了日本森林溪流中水生捕獵者,例如三文魚非常重要的季節性能量來源。他形容,這是展示在生態研究中很容易被忽視的寄生蟲,在調節生態系統過程中如何重要的一個很好的例子。

鐵線蟲令宿主成「神風特攻隊」

俗稱鐵線蟲或馬毛蟲的線形蟲動物門 (Nematomorpha) 寄生物,人類已知有超過 350 種,牠們經歷數月的成長,除了可控制螳螂,亦可操縱草蜢、蟋蟀等的腦部,並使這些宿主成為「神風特攻隊」自殺式跳入水中,讓鐵線蟲鑽出宿主身體,尋找異性交配。

鐵線蟲多數於淡水水體產卵,但由於毫無游動能力,牠們都是在水中等待蠓、蜉蝣 (mayfly) 與蚊等的幼體捕吃,鐵線蟲蟲卵會在其體內一起成長,直至這些昆蟲經歷變態 (metamorphosis) 過後變成會飛時,就一起成為螳螂、草蜢或蟋蟀的大餐,此時才是鐵線蟲一生最重要階段的序幕。

鐵線蟲幼蟲進入新宿主體內時,會鑽穿腸胃道,並遊走到全身其他地方。由於鐵線蟲沒有口部、沒有排泄器官,甚至連消化道也退化,牠們如何鑽穿腸胃道以及其後鑽穿草蜢的硬殻「逃生」,人類仍在了解當中;亦由於真的如一條鐵線一樣幾乎所有為生器官都沒有,鐵線蟲只靠表皮吸收宿主的脂肪與糖份作為生長養份。

另外,在鐵線蟲生長期間,牠們吸收了宿主極大部份能量,宿主因此會停止生長,以及無法繁殖,鐵線蟲所做的只是為宿主吊命,直至完全成熟可以交配。根據新墨西哥大學寄生蟲學家 Ben Hanelt 猜測 [2] ,鐵線蟲甚至可能使用自身的免疫系統令宿主在被寄生期間仍然保持健康,是個非常大的投資。

鐵線蟲成蟲需要在水中交配,在適當時候,即大概是寄生後兩至三個月左右,就會誘使宿主去尋找水源。 Hanelt 指,如果將一隻無受鐵線蟲寄生的草蜢掉落水,牠會立即拔腿逃走,但已被洗腦的則會很享受這個突然如來的浸浴,完全不會想離開水體。

與此同時,鐵線蟲能感受到濕度的改變,鑽穿草蜢硬殻,尋找異性交配。這過程通常都不需太久,因為很多時有多過一隻鐵線蟲寄生於同一草蜢,牠們有機會在未完全鑽出草蜢,就已經交配。 Hanelt 就指他最多曾見過同一隻草蜢,有 32 隻鐵線蟲同時破肚而出!

受感染宿主的趨光性

不過,法國學者 Fleur Ponton 的團隊在 2011 年亦發現 [3] 鐵線蟲提高了蟋蟀對反光的趨性。在研究中,受鐵線蟲感染的蟋蟀明顯朝模仿水體的反光裝置移動,但這個行為並無出現於正常蟋蟀中。除此之外,正常的蟋蟀有超過一半個體在移動時都會完全避開有光區域,顯示蟋蟀會藉由視覺避免跌入水中,至於被寄生的蟋蟀的移動路徑則基本上是反光照到的區域。

佐藤拓哉就不認同說法,更指從來未在光度十足的淺水水坑見過鐵線蟲感染的宿主。他與團隊假設反光的偏振才是吸引宿主「落搭」的主因。

光是一種電磁波,垂直於其運動方向上下振盪。通常,波可以在任何方向振盪,但偏振光只能在一個平面內擺動。水反射的光大多是水平偏振的,之前的研究表明,昆蟲可以利用光的這種特性來找到水源。

佐藤團隊使用螳螂物種 Hierodula patellifera 進行了兩個不同實驗。首先,將螳螂放在一個圓柱體的中間,圓柱體的一端會產生偏振光,另一端則產生非偏振光。據觀察,在 10 分鐘後,受感染的螳螂比未感染的螳螂更易被偏振光吸引。有趣的是,當光是垂直偏振而不是水平偏振時,則無觀察到這現象。

團隊隨後將實驗至室外兩個被網住的水池,其中一個池較深而微弱地反射水平偏振光,另一個則較淺,光反射較強,只是弱偏振光。然後,他們將 31 隻受感染的螳螂和 19 隻未受感染的螳螂釋放到兩個水池之間的一棵樹上,並仔細觀察反應。在跳入水中的 16 隻受感染螳螂中,有 14 隻選擇反射水平偏振光的水池。(另有一隻未受感染的螳螂戇 _ _ 跳水)。

其他控制機制

該研究亦表明,晝夜節律循環在這種寄生行為改變中發揮了作用。在實驗室觀察到螳螂在中午更活躍地走動,許多也在中午左右跳水。這顯示鐵線蟲不僅會誘使宿主冒險,還可能使宿主在每日指定時間做某些行為。團隊下一步希望了解這種行為背後的神經機制。

另一法國學者 David Biron 的團隊曾發現 [4] ,鐵線蟲的選擇性操縱行為源於其能模擬宿主製造如 Wnt 蛋白家族這些與神經訊號傳遞有關的蛋白質,直接或間接影響宿主的中央神經系統,以及內分泌系統;有些鐵線蟲製造的蛋白質亦與宿主應對重力的方向感有關,總之鐵線蟲製造會跳水的喪屍螳螂、草蜢或蟋蟀,並非只有一種武器。

Anyway, 說回鐵線蟲的交配。雄性會在射精後就會死亡,而雌性在產卵後亦會死亡,每次最多留下約 1,500 萬粒受精卵。經過兩周的發育,幼蟲就准備好被吃,重覆物種周期。

在鐵線蟲離開宿主身體時,牠們對宿主的影響亦幾乎立即消失,此時宿主就會不斷掙紮,嘗試逃離水體。當然有些成功,回到陸上與異性交配,但也有些失敗死亡,所以如果看到水源有節肢動物屍體的時候,就不應飲用,以免喝下鐵線蟲蟲卵。

(本文部份取自本人著作《喪屍——大自然的異常動物》;《喪屍》已在各大書店有售)

參考:

  1. Obayashi, N., Iwantni, Y., Sakura, M. & et al. (2021). Enhanced polarotaxis can explain water-entry behaviour of mantids infected with nematomorph parasites. Current Biology Vol 31, issue 12, pr777-r778. doi: 10.1016/j.cub.2021.05.001
  2. Simon, M. (30 May 2014). Absurd Creature of the Week: The Parasitic Worm That Turns Crickets Into Suicidal Maniacs. Wired. Retrieved from https://www.wired.com/2014/05/absurd-creature-horsehair-worm/
  3. Ponton, F., Otálora-Luna, F., Lefèvre, T. & et al. (2011). Water-seeking behavior in worm-infected crickets and reversibility of parasitic manipulation. Behav Ecol. 2011 Mar-Apr; 22(2): 392–400. doi: 10.1093/beheco/arq215
  4. Biron, D.G., Marché, L., Ponton, F. & et al. (2005). Behavioural manipulation in a grasshopper harbouring hairworm: a proteomics approach. Proc Biol Sci. 2005 Oct 22; 272(1577): 2117–2126. doi: 10.1098/rspb.2005.3213

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