Science上演「毒兔賽跑」大戲
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歐洲兔。圖片來源： ROB SUISTED/NATURE"S PIC IMAGES
近日，科學家們向教科書中關於宿主與病原體之間的爭鬥又添加了一個新章節。這部長達70年情節跌宕的戲劇主角是貪婪的歐洲兔（Oryctolagus cuniculus）和一種在法國和澳大利亞為保護農田與牧場而投放的用於殺死這些兔子的病毒。牛津和劍橋大學的研究團隊通過對幾十年前收集的博物館標本進行分析後發現，在病毒本身發生變化並恢復優勢之前，兩大洲的兔子已進化出相同的遺傳變化將病毒擊退。
這項發現是一個非常突出的例子，以證明進化過程是可以重現的。它為人類免疫系統如何對病原體做出反應提供了線索，並表明我們可以在某種程度上預測自然的進程。
這項研究近日已發表在《Science》上。悉尼大學研究生物防治病毒的進化生物學家Edward Holmes說：「該研究為進化論中最偉大的故事之一提供了重要的新信息。」
故事要從19世紀中期說起，當時的澳大利亞並沒有兔子，是一個歐洲人將幾十隻歐洲兔帶到了澳大利亞供人們打獵，結果這些兔子就成了澳大利亞的「百年噩夢」：它們迅速繁殖，最終達到了數以億計，莊稼盡毀。1950年時，在南美洲兔子中發現了一種類似於天花的病毒後，澳大利亞當局立刻將該病毒釋放到野外，使兔子數量減少了99％。幾年後，這種名為粘液瘤的病毒被投放到法國，並最終擴散至英國。
美國阿肯色醫科大學的生物學家Jia Liu說：「這一結果為我們提供了近在眼前的追蹤宿主和病原體之間競爭的機會。」
在十年內，兔子的數量再次上升，因為它們已進化出針對這種致命感染的抗性，使病毒本身變得不那麼致命了。
為了研究兔子的適應性，英國牛津大學的進化生物學家Joel Alves、劍橋大學的進化遺傳學家Francis Jiggins及其團隊追蹤了英國、澳大利亞和法國兔子的標本，這些標本是在病毒被引入到兔群之前由博物館收集的。
達爾文收集的歐洲兔的骨骼，這些骨骼也是此次研究所分析的標本之一。圖片來源：TRUSTEES OF THE NATURAL HISTORY MUSEUM
他們對可能影響機體免疫防禦的所有基因和其他DNA進行了測序，並將結果與生活在同一地方現代兔的序列進行了比較。這些比較揭示了許多基因的變化，通常是一個基因的特定版本或等位基因頻率的變化。令人驚訝的是，其中一半的基因變化為這三個國家的兔子所共有，這是平行進化的證據。
一種等位基因的變化影響了兔子的干擾素，這是一種由免疫細胞釋放的蛋白質，它可以發出有關病毒攻擊的警報，並幫助觸發免疫反應。當研究人員將不同版本的干擾素添加到兔子細胞系中時，他們發現，與被感染前的兔子相比，現代兔製造的干擾素能更好地對生物控制病毒做出反應。
然而，病毒也並非無動於衷。2017年，Holmes團隊報告稱，在上世紀70年代，病毒進化出更強的抑制兔子免疫反應的能力。這種變化以及殺死兔子的另一種病毒的自然出現導致兔子種群再次下降。但與兔子的平行進化相反，不同地區的粘液瘤病毒採取了不同的遺傳途徑來重獲優勢。
美國賓夕法尼亞州立大學的進化微生物學家Andrew Read認為，對於想要通過引入生物控制劑或使作物或牲畜對疾病有更強的抵抗力來控制進化競爭的研究人員來說，病毒的反擊是一個很好的警示。他說：「我們應該更慎重地對待進化和反進化，兔子在這場『戰爭』中並沒有勝利。」
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