揭秘双睾虫 “小锚” 的奥秘:形态变异如何影响寄生 “生存战”?

【字体: 时间:2025年02月21日 来源:BMC Zoology 1.4

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  为解决Diplorchis属物种鉴定困难及探究其锚形态变异影响因素的问题,云南师范大学等单位研究人员开展相关研究,发现该属锚形态变异可辅助物种鉴定且受多种因素影响。推荐阅读,助您了解寄生虫与宿主的微妙关系。

  
在神秘的寄生虫世界里,单殖吸虫(Monogenea)是一群独特的存在。它们寄生在各种动物身上,比如鱼类的鳃和体表,两栖动物、淡水龟的口腔、膀胱以及结膜囊等部位。为了在这些宿主身上稳稳 “扎根”,单殖吸虫进化出了特殊的附着器官,尤其是后吸器(haptor),它就像是寄生虫的 “小锚”,对寄生虫的生存起着至关重要的作用。

单殖吸虫的后吸器形态多样,不同种类的单殖吸虫,其形态结构差异很大。科学家们推测,较大型单殖吸虫的发展以及它们在更活跃宿主上的生存需求,促使了后吸器吸盘(haptoral suckers)甚至锚(anchors)的出现,这些结构能帮助它们更牢固地附着在宿主身上。就好比在波涛汹涌的大海中,船只需要坚固的锚才能稳定停泊,单殖吸虫的锚和吸盘就是它们在宿主身上的 “稳定器”。

在众多单殖吸虫中,寄生于蛙类膀胱的双睾虫属(Diplorchis)引起了科学家们的浓厚兴趣。这个属目前已记录有 7 种,分布在中国和日本。由于双睾虫具有严格的宿主特异性,一种双睾虫往往只寄生在特定的一种宿主身上,因此过去人们常常依据宿主的分类地位来鉴定双睾虫的种类。然而,这种方法并不总是可靠的。比如,在实验室条件下,一些多盘吸虫科(Polystomatidae)扁虫的纤毛幼虫(oncomiracidium)既能感染自然宿主,也能感染替代宿主,而且在南非和欧洲都有过吸虫交叉感染的记录。这就好比把一个人的身份标签贴错了地方,给双睾虫的准确分类带来了很大困扰。

此外,在形态学研究方面,虽然身体大小、肠道、后吸器、吸盘、小钩、性腺和生殖刺等特征都可以用来鉴定双睾虫的种类,但寄生虫的生活周期、成熟度以及标本处理方式等因素,都会导致这些形态特征发生变化,使得准确鉴定变得困难重重。就像一个不断变化形状的拼图,让研究者们难以拼凑出完整准确的图案。

随着科学技术的发展,分子系统发育方法为单殖吸虫的研究带来了新的希望。然而,对于现有的一些标本来说,由于保存时间过长,很多已经无法获取分子数据,而且分子数据的采集还受到标本保存、固定方法以及获取新标本难度等因素的限制。这就像是在探索的道路上遇到了一道道关卡,阻碍了我们对双睾虫更深入的了解。

面对这些难题,云南师范大学生命科学学院等单位的研究人员决心一探究竟。他们在《Parasites & Vectors》期刊上发表了题为 “Morphological variation of haptoral anchors in Diplorchis spp. (Monogenea: Polystomatidae) and its implications for host–parasite interactions” 的论文,试图揭开双睾虫的神秘面纱。

研究人员为了开展这项研究,采用了几何形态测量学(geometric morphometrics)的方法。这种方法就像是给寄生虫的形态特征拍了一张 “精确照片”,通过在显微镜下给标本拍照,选取特定的固定点(如小钩的尖端、钩尖的上下基部等)作为地标(landmarks),再加上一些半地标(semi-landmarks),然后将这些坐标数据导入专门的软件进行分析,从而能够准确地研究后吸器锚的形态变化。

下面我们来看看研究人员都发现了什么有趣的结果。

后吸器锚的形状


研究人员通过主成分分析(PCA)发现,后吸器锚的大部分变异都集中在相对较少的维度上,前三个主成分(PC1、PC2、PC3)就解释了锚形状总变异的 81.71% 。PC1 主要与锚的内外根长度、尖端长度和轴的粗细有关;PC2 涉及锚的尖端长度、基部粗细和内外根长度;PC3 则和锚的尖端、轴以及基部的特征变化相关。虽然 PCA 不能完全展示所有差异,但像D. shilinensis和未鉴定物种(Diplorchis sp.)等部分物种已经能明显区分开了。

接着,他们又进行了典型变量分析(CVA),发现 CV1、CV2 和 CV3 可以解释锚形状 84.57% 的变异,而且 CV1 能区分出大多数物种。通过排列检验(permutation test)发现,7 种双睾虫的锚形状差异显著。利用判别函数分析(DFA)进一步探究,发现基于锚的几何形态测量学,Diplorchis sp. 与其他物种的区分准确率较高,和D. latouchii的区分准确率达 90%,与其他物种的区分准确率更是高达 100% 。

基于马氏距离(Mahalanobis distances)构建的邻接树(NJ 树)显示,以宿主分类来看,虽然D. grahamiD. lividae的宿主都属于臭蛙属(Odorrana),但它们并没有聚在一起;而Diplorchis sp. 和D. latouchii的宿主都属于水蛙属(Sylvirana),它们在锚形状上似乎更接近。以采集地点分类,杭州采集的双睾虫与大姚、广州采集的能有效区分开,而且同一物种在不同地点采集的,锚形状也存在显著差异,比如杭州和大姚采集的D. hangzhouensis,它们锚形状的差异通过 DFA 判别准确率超过 93% 。

后吸器锚的大小


通过 Kruskal-Wallis 检验,研究人员发现 7 种双睾虫的锚大小存在显著差异。经过 Mann-Whitney U 检验两两比较后发现,除了部分物种间(如D. grahami - D. lividaeD. hangzhouensis - D. latouchii等)锚大小差异不显著外,其他大多数物种间都有显著差异。其中,D. nigromaculatus的锚大小明显小于其他物种。

有趣的是,根据 log CS(log-transformed centroid size,对数转换的质心大小,用于衡量锚的大小)的平均值对 7 种双睾虫的锚大小重新排序后,发现其与基于 7 种双睾虫构建的 NJ 树有一定对应关系。在种内分析时,杭州和大姚采集的D. hangzhouensis(不包括广州采集的 2 个样本),其锚大小存在显著差异;杭州和大姚采集的D. hangzhouensisD. latouchii,总体上锚大小因采集地点不同而有显著差异,但在大姚这个地点采集的这两种虫,锚大小却没有显著差异。

大小对锚形状的影响


通过多元回归分析,研究人员发现 log CS 与 PC1(r = - 0.547,P < 0.0001)和 PC3(r = 0.330,P = 0.003)显著相关,这表明异速生长(allometry)对 7 种双睾虫后吸器锚的形状总体变异有显著影响。进一步对 PC1 和 PC3 与 log CS 进行分组回归,发现形状和大小之间存在异速生长关系,PC1 和 PC3 分别解释了锚总形状变异的 34.20% 和 10.05% 。对 Procrustes 坐标与 log CS 的多元回归也显示,后吸器锚的形状和大小之间存在异速生长关系。

锚大小与其他形态特征的关系


相关性分析表明,7 种双睾虫的锚大小(log CS)与体长、体宽、后吸器长、后吸器宽和吸盘中直径都呈显著正相关,但与后吸器与体长的比值(haptor - to - body - length ratio)无关。对于从多个地点采集的D. latouchiiD. hangzhouensis,也有类似结果。

具体来看D. hangzhouensis,从杭州和大姚采集的样本中,锚大小都与后吸器长显著正相关,但与吸盘中直径的相关性在杭州采集的样本中显著正相关,在大姚采集的样本中虽呈正相关趋势但不显著。比较杭州和大姚采集的D. hangzhouensis形态特征,发现体长、后吸器长、后吸器宽和吸盘中直径都有显著差异,但体宽和后吸器与体长的比值没有显著差异。

比较大姚采集的D. hangzhouensisD. latouchii,它们的锚大小都与后吸器长显著正相关,而且这两种虫在体宽、后吸器长、后吸器与体长的比值和吸盘中直径上没有显著差异,但在体长和后吸器宽上有显著差异。

综合这些研究结果,我们可以得出这样的结论:双睾虫后吸器的锚和吸盘等结构,是其适应寄生生活的重要保障。从形态适应环境的角度来看,双睾虫锚的形态变异可以作为区分物种的辅助工具。研究还发现,锚的形态差异受到宿主物种、栖息地和生态环境等多种因素的影响。

这一研究成果意义重大。它不仅为我们更好地理解宿主 - 寄生虫之间的相互作用提供了理论依据,就像为我们打开了一扇了解寄生虫与宿主关系的窗户,让我们看到了它们之间复杂而微妙的联系;还为进一步探究趋同进化(convergence)和系统发育(phylogeny)在塑造双睾虫形态过程中的相对权重奠定了理论基础。就像搭建了一个研究的框架,让后续的研究者们可以沿着这个方向继续深入探索寄生虫世界的奥秘。虽然目前中国保护蛙类多样性的提议给标本采集带来了挑战,限制了研究的进一步开展,但这项研究成果为未来蛙类寄生虫研究开辟了新的道路,相信在未来,随着技术的发展和研究的深入,我们对寄生虫世界的认识会更加全面和深入。

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