人類大腦神經如何進化?寄生蟲充當了隱形設計師

自人類誕生以來,寄生蟲就從未停止過與我們的相愛相殺,它們不僅改變了某些人類的進化方向和行為,甚至也影響了大腦神經的進化方式,充當著隱形設計師的角色.

美國新墨西哥大學心理學家馬可·德爾吉迪斯(Marco Del Giudice)認為,人類大腦進化可能受到控制宿主行為的寄生蟲影響,並提出了四種宿主對抗腦操縱寄生蟲的適應性對策,以及寄生蟲本身進化出的應對方式.

操縱宿主行為

許多寄生蟲都能操縱宿主的行為,以提高繁殖成功率和實現更廣泛傳播的目標.德爾吉迪斯博士舉了些例子,比如剛地弓形蟲(Toxoplasma gondii).

這種寄生蟲會以老鼠為媒介,並在其杏仁核中誘導表觀遺傳變化.這些變化降低了老鼠對貓的恐懼,使剛地弓形蟲更容易進入貓的體內,因為貓唯一能支持其繁衍的宿主.

狂犬病會增加傳染性唾液的產生,並引起宿主對水的厭惡,然後引發宿主發動暴力攻擊,這是狂犬病最常見的傳播途徑.此外,許多性傳播病原體被認為可以操縱宿主的性行為.

這些寄生蟲的存在對宿主危害極大,因此現代人類在進化過程中理所當然地產生了保護措施,這些措施可能塑造了複雜得令人震驚的大腦中樞神經系統.

德爾吉迪斯提出宿主為對抗操控性寄生蟲而進化出的四種對策:限制進入大腦、增加操縱成本、增加信令複雜性以及增加魯棒性.在每個類別中,德爾吉迪斯也提出寄生蟲對這些對策的進化反應.

限制進入大腦

對於高等生物來說,將寄生蟲排除在中樞神經系統之外是最基本的能力.大腦保護屏障形成了第一道防線,作為物理和化學安全的保護層.

不過,寄生蟲已經進化出了從大腦外部操縱宿主行為的其他能力:有些寄生蟲產生可改變行為的物質,如多巴胺,並將其釋放到血液中;有些寄生蟲可操縱荷爾蒙的分泌,其他則通過激活特定的免疫反應來操縱宿主.

增加操縱成本

有些寄生蟲通過釋放某些神經化學物質來改變宿主的行為.作為防禦對策,宿主可以通過增加誘導這種反應所需的特定神經化學物質數量來應對,從而增加寄生蟲的代謝成本.由於寄主的體型通常要大得多,這種增加的成本對寄主來說完全可以忽略不計,但對要產生足夠神經活性物質的寄生蟲來說,卻會造成沉重負擔.

德爾吉迪斯補充說:“如今寄生蟲操控宿主大都同通過間接形式進行,選擇增加信號傳遞的成本在很久以前(大腦進化早期階段)已經達到頂峰.矛盾的地方在於,如果這些對策如此有效,以至於迫使大多數寄生蟲採取間接策略,它們很快就會變得過時,最終沒有任何淨成本好處.如果真是這樣的話,它們可能在不斷提高效率的壓力下被淘汰.”

增加信號複雜性

中樞神經系統利用神經活性物質作為神經元、大腦網絡以及大腦和其他器官之間的內部信號.寄生蟲可以通過產生壓制性的信號來劫持這些通路,從而改變宿主行為,或者正如德爾吉迪斯所指出的那樣,破壞現有的信號.不過,這需要破壞宿主的內部信號代碼.

對於寄生蟲來說,越複雜的信號編碼越難破解.這種複雜性增加包括需要不同神經化學物質聯合發揮作用,或在特定的時間脈衝中釋放神經活性物質.擴展傳輸分子及其結合受體機制也增加了複雜性,更精細的內部信號增加了寄生蟲破解信號代碼所需的時間.

從適應性的角度來看,這可能會迫使寄生蟲尋找其他的操縱方法.然而,不斷增加的複雜性也提高了宿主的代謝成本.此外,增加某個系統的複雜性“往往會產生新的脆弱點”,這可能會被適應性更強的寄生蟲所利用.

提高穩健性

提高系統的穩健性也就相當於對損害進行控制.高等生物傾向於以能夠維持正常行為功能的方式進化,即使在受到寄生蟲攻擊時也是如此.德爾吉迪斯討論了許多被動和主動提高穩健性的宿主策略,包括系統的冗餘和模塊化、所謂的領結網絡架構、反饋調節系統以及對非特異性線索監測等.

在很大程度上,穩健性適應可能會排除固定的生理調整,而傾向於發展“由寄生感染觸發的塑性反應”.原因是,如果大腦的生理和行為在病原體存在的情況下適應得最好,那麼病原體缺失就會導致非最佳行為,甚至降低存活率.

有助於神經科學和藥物研究

考慮到上述所討論的進化機制,德爾吉迪斯建議研究宿主-寄生蟲的相互作用,這可能有助於進一步促進神經科學和精神藥理學的研究.

在精神藥理學中,使用精神活性藥物治療精神症狀,實際上就是試圖通過藥理學手段改變患者行為,這也是控制欲強的寄生蟲所做的.標準的藥物治療可能會在不知不覺中模仿寄生蟲的攻擊,並引發專門的防禦反應,從而幫助治愈精神疾病.

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