發(fā)布日期：2019-04-22
新浪科技訊 北京時(shí)間4月22日消息，據(jù)國(guó)外相關(guān)網(wǎng)站報(bào)道，社會(huì)行為各式各樣，不同生物也會(huì)表現(xiàn)出不同的社交傾向，比如哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類很多都是熱情的社交積極分子，但自然界也同樣存在一些社交行為仍然充滿神秘感的生物，比如細(xì)菌。進(jìn)化生物學(xué)家們常常對(duì)于它們所表現(xiàn)出的那些利他行為感到困惑不解，因?yàn)楦鶕?jù)物競(jìng)天擇的自然選擇理論，可以說(shuō)“人不為己天誅地滅”——利他主義的行為顯然會(huì)讓當(dāng)事者在面臨自然選擇時(shí)處于不利地位。那為什么還有生物會(huì)這樣做？
20世紀(jì)最杰出的進(jìn)化生物學(xué)家之一的威廉·漢密爾頓（William D. Hamilton）對(duì)此發(fā)展了一項(xiàng)專門(mén)的數(shù)學(xué)模型來(lái)對(duì)利他行為進(jìn)行解釋，這就是親緣選擇理論。簡(jiǎn)單說(shuō)，這一理論認(rèn)為，個(gè)體或群體只會(huì)對(duì)其同類或其近親屬表現(xiàn)出利他行為。比如說(shuō)，為什么群居的螞蟻，蜜蜂，胡蜂等昆蟲(chóng)，其中的大部分成員會(huì)放棄自己生育的能力，一生無(wú)兒無(wú)女，而傾盡心力撫養(yǎng)照顧蜂后，蟻后生育的孩子？而細(xì)菌學(xué)家們也注意到很多細(xì)菌成員會(huì)在菌落中分泌對(duì)它的同伴有利的代謝物，這是為什么？
著名生物學(xué)家和暢銷書(shū)作家理查德·道金斯在他的著作《自私的基因》指出，自然選擇的基本單位不是物種，也不是種群或者群體，而是作為遺傳物質(zhì)的基本單位，即基因。是基因的自私性在導(dǎo)致了生存競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)，也導(dǎo)致了動(dòng)物的利他行為。因?yàn)槿后w或者種群都隨時(shí)處在動(dòng)態(tài)的變化中，只有基因是穩(wěn)定的，并通過(guò)“復(fù)制”或“拷貝”的形式永恒的存在。動(dòng)物的基本目的就是使和它自身相同的基因得到壯大。螞蟻，蜜蜂，甚至那些細(xì)菌，之所以愿意付出，是因?yàn)槟切┩橥妥约壕哂薪H緣關(guān)系，具有大量的相近基因，它們活下去，也就等于傳遞了自己的基因。
甚至，近年來(lái)科學(xué)家們意識(shí)到，連最最低級(jí)，最最簡(jiǎn)單的病毒，竟然同樣擁有社交生活，甚至這些活動(dòng)會(huì)影響到它們的健康和進(jìn)化情況。英國(guó)牛津大學(xué)的生物學(xué)家斯圖爾特·韋斯特（Stuart West）專門(mén)研究生物的進(jìn)化與社會(huì)行為。他提到：“從理論的角度上看，很顯然病毒之間開(kāi)展社交互動(dòng)存在著巨大潛力，而這將導(dǎo)致某種形式的合作和沖突的產(chǎn)生。然而，在此之前我們對(duì)此的研究還相當(dāng)有限。”
在一項(xiàng)最新發(fā)表在《自然·微生物學(xué)》雜志的研究中，西班牙瓦倫西亞大學(xué)的進(jìn)化遺傳學(xué)家拉斐爾·圣胡安（Rafael Sanjuán）和他的同事們采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，探索了病毒之間的合作與沖突現(xiàn)象。他們發(fā)現(xiàn)病毒感染的空間結(jié)構(gòu)非常重要——簡(jiǎn)單說(shuō)就是，不同的病毒群落是否是相互分開(kāi)的，這一點(diǎn)至關(guān)重要。在一個(gè)均勻分布的病毒群落中，那些產(chǎn)生利他行為的病毒會(huì)嚴(yán)重吃虧，淪為受害者，而那些“占便宜”的病毒則會(huì)利用“他人”的善意；但是反過(guò)來(lái)，在相互孤立的小群落中，產(chǎn)生利他行為的病毒則會(huì)有活下去的機(jī)會(huì)。
我們考慮水泡性口炎病毒（VSV）的情況，這是狂犬病毒一個(gè)家族的病毒種類。通常情況下，病毒感染往往會(huì)刺激被感染的哺乳動(dòng)物身體細(xì)胞分泌干擾素，這是一種信號(hào)蛋白，它會(huì)讓近鄰的其他細(xì)胞啟動(dòng)反病毒防御機(jī)制并阻止病毒繁殖。而有某些VSV病毒進(jìn)化出了一種特別的能力，能夠抑制哺乳動(dòng)物體內(nèi)的免疫功能，但這樣做的代價(jià)就是它們的繁殖速度將減慢。但即便如此，這種能力讓它們可以活下來(lái)——除非有“占便宜”的家伙混跡其中。
這些“占便宜”的“欺詐者”沒(méi)有抑制宿主免疫功能的能力，事實(shí)上，它們的存在刺激了宿主細(xì)胞釋放干擾素并激發(fā)機(jī)體免疫功能。但即便如此，它們?nèi)匀幻赓M(fèi)享受了宿主免疫功能減弱的好處，因?yàn)榕R近的VSV病毒發(fā)揮了抑制機(jī)體免疫力的作用。但與VSV病毒不同的是，這些“占便宜者”并沒(méi)有參與對(duì)細(xì)胞免疫力的抑制行動(dòng)，因此也就不必付出繁殖能力減弱的代價(jià)，這樣一來(lái)，它們就會(huì)在VSV病毒的庇護(hù)下快速繁殖，并很快在數(shù)量上超越前者。從社會(huì)行為角度看，圣胡安和同事們認(rèn)為，在這一案例中，VSV病毒對(duì)宿主細(xì)胞免疫功能的抑制實(shí)際上成了一種利他行為，因?yàn)樗鼈円誀奚约旱姆敝衬芰榇鷥r(jià)，卻便宜了那些“欺詐者”病毒。
但這樣終于將帶來(lái)惡果，越來(lái)越多不具備抑制細(xì)胞免疫功能的病毒出現(xiàn)，對(duì)細(xì)胞的刺激越來(lái)越大，終于激起了宿主體內(nèi)強(qiáng)大的免疫功能，于是兩種病毒都被殺死了。這樣看來(lái)，似乎自然選擇機(jī)制會(huì)淘汰掉抑制機(jī)體免疫的這種病毒功能才對(duì)，因?yàn)槟憧?，這樣的利他行為最終將導(dǎo)致滅亡，讓自己處于不利地位。
但事實(shí)并不一定如此。圣胡安和同事們建立的模型顯示，這里的情況可能要比想象的更加復(fù)雜：比如最簡(jiǎn)單的情況，假如那些能夠抑制免疫力的病毒和那些“占便宜”的病毒被物理分隔開(kāi)來(lái)，那么具有抑制作用的病毒就可以存活下來(lái)。有時(shí)候，寄主體內(nèi)的一些構(gòu)造會(huì)產(chǎn)生天然的小空間，讓那些具備抑制免疫功能的病毒能夠存活，而不會(huì)受到其他“占便宜者”的侵犯。
為了描述這種成功啟動(dòng)免疫力抑制作用的特別情形，研究人員使用了此前由漢密爾頓創(chuàng)建的理論框架。根據(jù)漢密爾頓法則，利他行為要發(fā)生，應(yīng)當(dāng)滿足一個(gè)數(shù)學(xué)公式：即br>c，其中r代表2個(gè)個(gè)體間的關(guān)聯(lián)度，也就是說(shuō)親緣關(guān)系有多近，c是利他行為者所付出的代價(jià)，而b則是接收者得到的好處。
研究人員同時(shí)也注意到，接收者得到的好處，也就是公式里的b，實(shí)際上是和病毒周圍是否是被具有抑制功能的病毒，還是被“占便宜型”的病毒包圍有關(guān)聯(lián)的，他們使用一個(gè)參數(shù)來(lái)表達(dá)這種受影響的程度。當(dāng)將漢密爾頓法則應(yīng)用于充分混合的情形，以及相互分割的情形時(shí)，我們可以通過(guò)對(duì)比，得到這個(gè)參數(shù)的粗略估算值。
圣胡安表示：“要想讓抑制機(jī)制起作用，你需要某種空間結(jié)構(gòu)。由于病毒和細(xì)胞分泌的干擾素信號(hào)都是從一個(gè)細(xì)胞傳遞到下一個(gè)細(xì)胞，因此在這個(gè)過(guò)程中其實(shí)很難避免在感染過(guò)程中出現(xiàn)特定空間結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。病毒顆粒和干擾素分子擴(kuò)散上的速度差異，以及宿主體內(nèi)的物理隔絕，都很容易產(chǎn)生這種病毒分布在空間上不均勻性，從而讓免疫抑制作用得以發(fā)揮作用。”
在具備復(fù)雜行為的動(dòng)物以及具備較為復(fù)雜通訊系統(tǒng)的細(xì)菌身上，進(jìn)化的結(jié)果將受到許多因素的影響。圣胡安表示：“相比之下，病毒要簡(jiǎn)單的多，幾乎一切都與隔絕條件有關(guān)。在這一系統(tǒng)中，目前尚未發(fā)現(xiàn)有其他因素對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。如果病毒是混合在一起的，那么利他行為將無(wú)法進(jìn)行，而如果是隔離的，那么利他行為將發(fā)揚(yáng)光大。”
圣胡安和同事們關(guān)注的另外一個(gè)現(xiàn)象是，為何有時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)有多個(gè)病毒顆粒會(huì)集合到一起，然后共同對(duì)一個(gè)細(xì)胞發(fā)起感染。這里存在的違背基本生存邏輯的點(diǎn)是：如果集合到一起，那么病毒能夠同時(shí)感染的不同細(xì)胞數(shù)量將減少，而這在本質(zhì)上不利于病毒的擴(kuò)張行動(dòng)，違背了生存本性。但讓研究團(tuán)隊(duì)感到驚奇的是，在這樣的情況下，總體來(lái)看病毒的生長(zhǎng)和擴(kuò)張實(shí)際上卻加速了，并且產(chǎn)生了更多的后代。當(dāng)然這一結(jié)果在不同細(xì)胞內(nèi)情況不同：在本身不具備內(nèi)生免疫反應(yīng)的腫瘤細(xì)胞內(nèi)，病毒的集群策略將是低效和不成功的；但在正常的，具有免疫反應(yīng)的細(xì)胞內(nèi)，集群策略讓病毒受益，因?yàn)檫@樣可以讓病毒有更大機(jī)會(huì)去壓制住細(xì)胞可能產(chǎn)生的免疫反應(yīng)。
盡管集群策略看上去的確是對(duì)病毒有利，但它也會(huì)導(dǎo)致“欺詐型”病毒的同步進(jìn)化。比如說(shuō)，如果集群中的一個(gè)病毒失去了一部分基因，那么它就可以更快的復(fù)制，這樣一來(lái)它產(chǎn)生的后代數(shù)量就能超過(guò)集群中的其他同伴。這些基因出現(xiàn)缺失的病毒被稱作“缺陷干擾顆粒”（DIPs）：它們中的很多甚至?xí)笔С^(guò)90%的病毒基因，而僅僅以一小段RNA的形式存在，由于結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，它們可以在宿主細(xì)胞內(nèi)高速?gòu)?fù)制——但它們已經(jīng)無(wú)法依靠自身能力感染細(xì)胞，因?yàn)樽陨斫Y(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單，失去了感染能力，它們必須“搭便車”，依靠和其他病毒顆粒集群，感染并進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)。根據(jù)一些觀察顯示，在集群進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)之后，這些新型的“占便宜者”數(shù)量迅速擴(kuò)張，甚至可以占到所有病毒數(shù)量的99%以上！
“缺陷干擾顆粒”的存在會(huì)引出另外一個(gè)問(wèn)題：這種占便宜的類型病毒出現(xiàn)，其他病毒會(huì)不會(huì)調(diào)整自己的策略，以確保自己的生存呢？加州大學(xué)舊金山分校的病毒學(xué)家拉爾·安蒂諾（Raul Andino）指出，在入侵宿主的初期，一個(gè)病毒會(huì)希望與很多不同類型的同伴同進(jìn)退，因?yàn)檫@會(huì)增加它成功感染宿主的機(jī)會(huì)；但在隨后，它會(huì)希望減少同伴的種類，以防止“缺陷干擾顆粒”這類病毒混跡其中。但總體來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)人類還尚未完全厘清的領(lǐng)域，但的確都是非常有趣的問(wèn)題。（晨風(fēng)）
來(lái)源：新浪科技
