《iScience》妈妈和蟑螂有什么共同之处?

研究人员正在研究一些昆虫在产仔过程中发生的巨大生理变化。这包括抑制它们的免疫系统以适应婴儿，这是一些昆虫和人类的共同之处。了解这些系统如何工作可以帮助改善纤维肌痛和其他免疫疾病的治疗。辛辛那提大学的生物学家是一个国际研究小组的成员，他们研究了夏威夷的甲虫模仿蟑螂的复杂结构和生理变化，这些蟑螂会生下活的幼虫。

　　

研究人员正在研究一些昆虫在产仔过程中发生的巨大生理变化。这包括抑制它们的免疫系统以适应婴儿，这是一些昆虫和人类的共同之处。了解这些系统如何工作可以帮助改善纤维肌痛和其他免疫疾病的治疗。辛辛那提大学的生物学家是一个国际研究小组的成员，他们研究了夏威夷的蟑螂的复杂结构和生理变化，这些蟑螂会生下活的幼虫。

“这不仅仅是免疫学的问题，”合著者、加州大学艺术与科学学院教授Joshua Benoit说。生物学家发现，这种昆虫的气管、免疫系统和外骨骼的外层角质层也发生了类似的变化，角质层会发生变化，为幼体腾出空间。这项新研究发表在《iScience》杂志上。

这篇文章的重点是探讨昆虫中独立起源的活产（viviparity）现象的基因组基础和进化机制。通过对太平洋甲虫模拟蟑螂（Pacific beetle-mimic cockroach）的基因组和转录组进行测序，并与另外两种活产昆虫线系——采采蝇和蚜虫进行比较分析，研究者揭示了昆虫向活产转变的基础。

文章总结了以下几点发现：

在独立的昆虫活产起源中，没有共享的目标基因受到选择。这意味着不同的昆虫线系在向活产转变时，各自的基因组都发生了独特的适应性变化。

在独立的动物活产转变过程中，相似的途径都受到了选择。这表明活产现象在动物界具有一定的共性，涉及类似的生理和分子机制。

活产与泌尿生殖系统的重塑、蛋白质分泌和免疫能力降低有关。这意味着昆虫在进化出活产能力时，需要改变其泌尿生殖系统的结构和功能，以增强对胎儿的营养供给和保护。

蟑螂妈妈不仅会把它们的宝宝孵化到和2岁的人类小孩一样大，而且还会通过分泌腺给它们喂一种类似牛奶的营养物质。

明斯特大学(University of Muenster)博士后、该研究的主要作者Bertrand Fouks说，大自然在动物王国设计了无数种繁殖策略。从鸟类、爬行动物到鱼类，许多动物都会产卵。在哺乳动物中，产卵仅限于针鼹，有时被称为刺食蚁兽和鸭嘴兽。

Fouks说:“模仿甲虫的蟑螂是一种罕见的昆虫，它已经发展出一种复杂的结构来容纳类似于哺乳动物胎盘的生长胚胎，这使它成为研究活产进化的完美模型。”

Benoit说，与那些从卵中孵化出来的蟑螂相比，模仿甲虫的蟑螂有很大的优势。从卵中孵化出来的小婴儿暴露在环境中，容易受到更多寄生虫和捕食者的攻击，必须立即自己寻找食物。

Benoit说:“当你生下活的孩子时，捕食者的种类真的会缩小。但活产需要父母更大的承诺。这是一笔相当大的投资。它们在每个繁殖周期可以产下10个幼崽，而其他蟑螂只能产下70到150个，因此，它们的策略是培养更少的高素质人才，而不是用更少的投资培养更多的人才。”

研究人员对太平洋甲虫模仿蟑螂的基因组进行了测序，这种蟑螂是唯一一种能生下活蟑螂的蟑螂。他们与采采蝇和蚜虫进行了比较分析，以揭示从产卵到生育的转变背后的基因组基础。

Benoit说，他们发现甲虫模仿蟑螂繁殖后代的生物学变化与蚜虫和采采蝇相似，证明了趋同进化。

研究发现，无论是牛、蜥蜴还是蟑螂，它们都经历了非常相似的泌尿和生殖器官重塑、心脏发育增强和免疫力改变，以适应它们正在成长的婴儿。

研究人员对我们的免疫系统和怀孕之间的联系很感兴趣。女性不易感染传染病，但患红斑狼疮等自身免疫性疾病的可能性远高于男性。

Benoit说，一些与免疫系统有关的基因在怀孕期间被下调(减少或抑制对刺激的反应的过程)。这可以解释为什么一些患有自身免疫性疾病的女性在怀孕期间症状会消失。

Benoit说:“这些变化可能会促进结构和生理上的变化，以适应发育中的孩子，并保护他们免受母亲免疫系统的侵害。”

综上所述，这篇文章提供了昆虫活产现象的基因组基础和进化机制的新见解，有助于深入理解活产动物的生物学特性和适应性。

Live-bearing cockroach genome reveals convergent evolutionary mechanisms linked to viviparity in insects and beyond