寄生虫

经过7年半的旅程，美国宇航局的黎明号宇宙飞船终于进入了小行星谷神星的轨道。谷神星是火星以外小行星带中最大的天体，科学家们希望它将能够告诉我们一些关于像地球这样的行星是如何形成的。卡洛琳·克劳福德来自剑桥天文研究所，她帮助克里斯·史密斯阐明了这项任务。

卡洛琳-小行星带是火星和木星轨道之间的一群巨大的岩石，冰冷的物体。所以，你说的是它离太阳的距离是地球距离的2到3倍。它们基本上是碎片。它们是太阳系形成初期遗留下来的。它们有点像行星上没有合并的大块。火星和木星之间应该有一颗行星，但木星的引力，一直在搅动这些岩石，但它们从来没有一起行动过。它们从未形成一颗行星。所以，它们很有趣，因为它们告诉我们一些关于早期太阳系的事情。

所以，如果我们研究这些岩石天体，我们就能了解到45亿年前行星是如何形成的进化史。

卡洛琳:大多数小行星都很小。它们深达数十米，只有少数可能长达数百公里。如果你有一个这么大的物体，它不会经历所有的地质过程那些主要的行星没有构造板块的作用，没有所有的地球化学活动。所以，大多数小行星几乎仍然是进入太阳系的原始物质的原始块。你刚才在说化石。在某种程度上，小行星是我们太阳系的化石，我们回顾它们，我们可以看到我们今天拥有的行星的成分是什么。

克里斯-谷神星是一个异类，因为它的直径大约有1000公里，坐落在这片碎片区中。

卡罗琳:这是一个有趣的问题，你可以把它看作是一个失败的原行星。这就是为什么它很有趣，因为它是那些小的原始小行星和主要行星之间的桥梁，也许它在发展中走得更远，也许它在没有继续下去之前到达了原行星阶段。因为它的大小，就像你说的，直径不到一千公里的重力足以让它把自己拉成一个球体，它经历了一些地质过程，它经历了我们所说的分化。它有地核，地幔，地壳。所以，它在成为一颗行星的过程中走了一段路，但还没有完全走完。

克里斯:“黎明号”并没有直接前往谷神星，对吧?因为几年前，它在途中撞上了谷神星的妹妹灶神星。

卡罗琳:没错。2011年至2012年间，它在灶神星的轨道上运行了一年，灶神星是小行星带中第二大的物体。它还不足以成为矮行星。但它仍然是一颗原行星。它的直径只有500多公里，与谷神星形成了有趣的对比。它比谷神星离太阳更近一些。这是一个较少结冰的物体。它有一个金属内核。科学家们对整个任务最感兴趣的事情之一就是能够比较两个如此不同的原行星。为什么一个物体更湿? Ceres has got ice and rock whereas Vesta really doesn't. It's much more metallic and rock. What are the differences between the two planets? How can you count for them being more or less the same part of the solar system, but yet, having had quite different histories?

克里斯——我知道这周大家都在说——黎明号已经到达谷神星了。但这只是一个开始，不是吗，因为现在，它必须在一个比现在低得多的轨道上建立自己，以便进行它将要做的表面调查。

卡罗琳:嗯，当谷神星在2月中旬接近的时候，我们看到了一些奇妙的景象。它有效地越过了矮行星，然后从黑暗的一面接近它，就像你说的，它必须操纵自己进入一个更近的轨道，绕过太阳的一面。所以，在4月底之前的几周内，我们可能都不会拍到精彩的照片。它将从4000公里外的轨道开始在接下来的一年半里，工作越来越近，这样，它就可以从几百公里外的地方绘制地表地图。得到更多关于这些特征的细节，我们开始看到。

克里斯:简单地说，它实际上是要检查表面看到什么或者它将如何检查表面?

卡洛琳:很明显，他们会对表面反射的光进行成像和光谱分析。他们会观察火星表面的地质情况，但也会探测到来自矮行星的宇宙飞船的引力反应的变化，这可以告诉我们一些关于内部结构的信息，并帮助我们解剖核心是什么样子的。此外，是否有可能在地壳下有大量的冰或水。

剑桥大学正在参加当地FameLab的决赛!FameLab是一个科学家们就自己最喜欢的研究领域进行精彩简短演讲的比赛。保罗·克拉克森选择做三分钟关于天然核反应堆的演讲，正如他向金妮·史密斯解释的那样……

保罗-嗨，你好吗?

金妮-跟我说说你的工作吧。你是博士生。对吗?

保罗-对，没错。我目前正在攻读面部整形材料应用的博士学位。所以，这与纳米制造有关，在非常小的尺度上利用它们真正能做的事情，即从无定形到晶体状态的变化。

金妮:制作可以随温度变化的微小材料之类的东西。

保罗:没错。

金妮——你打算在家庭实验室里讲些什么?

保罗-我要讲的是我们的核裂变反应堆?

金妮-你为什么要这么做?

保罗-在我获得博士学位之前，我曾经是一名核研究科学家。一旦你提到“核”这个词，它就会变得相当分裂。所以，我喜欢能够驱逐很多相信它的恶魔。

金妮-你让我很感兴趣。现在你有3分钟的时间为我们做一个演讲。我想是这样吧?

保罗:没错。

金妮——好了，你准备好了，就可以走了……

保罗:谁听错东西了?我有我的车钥匙。他们经常失踪。我指责我的室友试图破坏我的生活，这真的很烦人，尤其是如果你知道你必须在肯德基关门之前去一些重要的地方。

然而，从全局来看，这是微不足道的。但并非所有丢失的东西都是微不足道的。

假设你是1972年在非洲的一名法国科学家。你在奥克洛铀矿工作，你刚刚计算出大约有200公斤铀235不见了。足够制造6枚核弹。自然，这引起了一些人的注意，科学家试图找出它在哪里。但他们永远也找不到。答案就在他们眼皮底下。

铀已经燃烧殆尽，不再存在了。这是正确的。事实上，科学家们站在一个古老的天然核裂变反应堆上。但这怎么可能呢?

一个核反应堆需要三个关键成分。首先，你需要可裂变材料。这种材料是由原子核(由大量的质子和中子组成)分裂成更小的原子核并在吸收中子时释放能量的原子组成的。第二，你需要中子来保持反应继续，第三，你需要一个慢化剂，它可以帮助控制核反应的速率。它减慢中子的速度，让它们被可裂变物质吸收。

事实证明，20亿年前，奥克洛拥有所有这些东西。第一，它含有高浓度的铀235，这是一种可裂变物质。第二，它的中子是由周围岩石正常的放射性衰变提供的。最重要的是，第三，它有水。水在使中子减速方面很出色。

有了这种混合，奥克洛能够维持核反应超过20万年，平均额定功率约为100千瓦。这足够几百个水壶用上好几个世纪了。那么，为什么这与今天相关呢?科学家和地质学家一直在调查奥克洛反应堆在这段时间里裂变废料的运动，这是核废料储存所需要了解的关键问题之一。已经发现的是，核废料在20亿年的时间里只移动了几厘米。

这很了不起。这是在没有智能设计或人类工程的情况下。大自然再次提供了一个潜在的解决方案，它只是表明，有时当你寻找丢失的东西时，你实际上可以找到更有价值的东西。

人们都说天下没有免费的午餐，但是寄生虫似乎能从我们这里逃掉免费从他们的主人身上揩油。地球上几乎每一种生物都有自己独特的寄生虫，事实上，据估计，地球上多达50%的物种都是寄生虫。但是，是寄生虫得到了更甜蜜的交易，还是这种生活方式本身就有危险和陷阱?寄生最初是如何进化的?布里斯托尔大学的马克·维尼向克里斯·史密斯介绍了“生命寄生”....

马克:从更广泛的意义上说，寄生虫是指生活在另一个有机体体内或寄生在另一个有机体上的任何生物体。这包括病毒和细菌。但当我们通常谈论寄生虫时，我们真正指的是生活在其他生物体体内或以其他生物体为食的动物。这些东西像原生动物是单细胞动物，其中一个例子是疟疾寄生虫。但多细胞动物也生活在其他动物和植物的体内或身上这些典型的蠕虫通常生活在其他动物的内脏或身体的其他部位。例如，它们中的一些生活在鱼的表面和鱼的鳃上。但另一种寄生虫是外寄生虫，它们是昆虫和其他节肢动物。比如虱子、跳蚤和蜱虫。

克里斯-就地球上生命的进化而言，这些生物存在了多久?

马克:我认为只要有东西可以寄生，寄生虫就会存在。我认为我们必须记住的是，每一种生物都试图在一个相当艰难的世界中生存。寄主或潜在寄主物种是一块等待开发的诱人资源。当然，寄生虫已经进化到可以利用这些资源，每当这些宿主出现的时候。我想证据是，你在花园里看到的任何动物或植物，或者你在大卫·阿滕伯勒的电视节目中看到的任何动物或植物，实际上都是与寄生虫合作的。这些动物的内脏里都有蠕虫，血液里都有原生动物，皮肤上也会有外寄生虫，这是大多数动物的正常阶段。这是因为，大量的寄生虫，因为这是一个非常古老的历史，已经进化到利用这种稀有资源。

克里斯:这也是一个相当复杂的人生故事，不是吗?那么，像穿透另一个生物体，停留在那里，智取该生物体的免疫系统并以该生物体为食的能力这样复杂的东西是如何进化并开始的呢?

马克:这是一个非常好的问题，也是一个棘手的问题。人们想象的是，注定要成为内寄生虫的生物或生活在生物体内的寄生虫，实际上是在它们的进化史上开始成为寄生虫的，因为它们与另一个生物的联系越来越紧密。举个例子，如果你从花园里把一只蜗牛切开，你会经常发现一些蠕虫和蜗牛生活得很近，但它们可能不是寄生虫。因此，我们可以想象这些动物，这些潜在的寄生虫在它们真正依赖寄生虫之前就与寄生虫有着越来越密切的联系。但你说的完全正确。寄生虫必须进化出一系列的适应能力，才能在宿主体内生存，并应对以宿主为食带来的所有挑战，在宿主对这些寄生虫的免疫反应中存活下来。我认为关于寄生虫的另一件有趣的事情是，有一小块资源是寄生虫进化来利用的。但是这些寄主在环境中是分开的。所以，两个潜在的寄主物种之间总是有一段距离，例如两个寄主个体。在宿主之间移动的挑战是寄生虫必须进化出很多适应能力来实现的，这实际上就是感染的过程。

Chris -这样说是否公平，如果寄生虫只是进化到利用资源，那么寄生虫本身就可以捕获寄生虫?是否存在以寄生虫为食的寄生虫?跳蚤身上有跳蚤吗?

马克:当然。我们可以讨论一些微寄生虫，比如病毒但任何大寄生虫，比如蠕虫或原生动物本身也会有病毒。它们只是另一种可供利用的资源。

克里斯-所以毫不夸张地说，它还在继续无限,就像押韵说的那样，不是吗?

马克:没错!

你可能听说过寄生虫会影响宿主的行为，但它们可以更进一步，甚至操纵宿主的身体。20世纪90年代中期，美国西部出现了一系列青蛙四肢严重畸形的报道。来自科罗拉多大学博尔德分校的彼得·约翰逊是被要求进行调查的科学家之一，他向克里斯·史密斯讲述了导致这次疫情爆发的原因……

彼得:其中一个主要原因是寄生虫感染。从本质上讲，有一种很小的扁虫寄生虫，不比句子末尾的句号大，当蝌蚪在池塘里发育时，它会攻击它们。这会导致严重的肢体畸形。我们会发现青蛙有五六只额外的四肢，有些青蛙根本没有后肢，有些青蛙有奇怪的蹼。这让他们的四肢无法伸展。在这个国家的一些地方，我们会发现50%，60%，甚至100%的新生青蛙都有这种严重的残疾。

为什么寄生虫要对青蛙这么做?

彼得:好问题!所以，这种吸虫，这种扁形虫被称为ondatraia它这样做的主要原因当然是为了繁殖。这是大多数生物做任何事情的主要原因。原来里贝罗亚有复杂的生命周期。所以青蛙只是它感染的众多宿主之一，它会感染的其他动物包括池塘里的淡水蜗牛。最后，鸟类一旦吃了这些变形的青蛙就会被感染。所以，事实证明，通过削弱青蛙，通过抑制它们的主要运动模式，你使它们更容易成为鸟类的猎物。所以鸟类会俯冲下来，它们会吃掉青蛙，它们会被寄生虫感染，寄生虫就在那里进行性繁殖。然后你就有了这个出色的传播系统，因为鸟类在这片土地上飞行。基本上，当它们排便时，它们会把寄生虫的卵撒得到处都是。

克里斯:然后它们会回到最近的池塘，池塘里的蜗牛会把它们捡起来。

彼得:完全正确。

克里斯:作为一名参与调查这些畸形青蛙群的科学家，你是如何开始把所有这些拼凑在一起来弄清楚发生了什么?

彼得:我认为，犯很多错误是最好的策略。所以我们排除了很多可能性。当我还是个大学生的时候，我就开始研究这个了。从本质上讲，我们要做的就是结合仔细的实地调查，找出这些畸形发生的地方，并对动物进行实验室检查，最后进行实验。你会发现，如果你把池塘里的水从这些畸形发生的地方带进来，这些水不会导致实验室里青蛙的畸形。如果你抚养畸形青蛙的后代，它们也不会表现出任何畸形。所以，我们把注意力集中在环境中在它们发育早期攻击它们的东西上。

其中一个关键的观察是，几乎所有我们看到这种严重畸形的池塘都支持这种非常特殊的蜗牛。它被称为ramshorn蜗牛。事实证明，这是这种寄生虫需要的关键蜗牛来支持它的感染。所以，一旦我们开始建立这些联系，我们实际上把寄生虫和蜗牛带到实验室，然后你可以让蝌蚪接触到非常少量的寄生虫——3、4个，也许多达10个这样的微小寄生虫，你很快就会看到它们攻击四肢。无论你把它们放在蝌蚪的哪个部位，它们都有一个非常特定的分布，它们到处迁徙，直到找到四肢。然后它们产生这些非常强大的酶，基本上允许它们燃烧到蝌蚪的组织中，就在这些肢体试图生长的地方。当然，如果你在实验室里这么做，你会得到有多余四肢的动物，有缺失四肢的动物，有严重的皮肤织带的动物。你基本上可以复制所有你在自然界中看到的相同的畸形。

克里斯:你认为寄生虫是如何进化成这样的呢?因为这是一个非常复杂的过程，它们可以瞄准蜗牛，然后瞄准蝌蚪正在生长的四肢，有合适的酶来做到这一点，最后让青蛙被鸟吃掉，这样你就可以完成生命周期了。这是进化的许多步骤。这到底是怎么发生的?

彼得:是的，这是个好问题。大多数证据表明，如果你观察这些扁虫寄生虫，它们可能最初是蜗牛的寄生虫。然后它们逐渐在自己的生命周期中加入一个宿主。这样做的一些原因是，也许你最终会先添加蝌蚪。但事实证明，你的青蛙被吃掉了，就像很多青蛙和蝌蚪一样。随着时间的推移，寄生虫基本上已经发展出了这种在捕食中生存的能力。它们在某种程度上是不会被鸟类产生的消化酶杀死的。所以，这是一个专注于作为一个蜗牛寄生虫，作为一个蜗牛加青蛙，然后可能是一个蜗牛，青蛙和鸟类寄生虫。

就你拥有的额外分散能力而言，优势是显而易见的。你可以突然间穿越大陆，在鸟体内飞行数千英里。至于青蛙的成分，我认为最大的挑战是，如果你的青蛙活到成熟的年龄，从来没有被鸟吃过，那么寄生虫就会和它一起死亡，没有机会繁殖。所以，你可以想象，这给寄生虫施加了巨大的选择压力，让它们找到方法，或者让它们进行选择，找到确保青蛙死亡的方法，然后让青蛙按照寄生虫需要的方式死亡。

几代人以来，人类一直是寄生虫的宿主，但在现代，我们对不育的痴迷意味着我们的生活中失去了许多这些“老朋友”。那么，这会有不利的一面吗?爱丁堡大学的亨利·麦克索利向克里斯·史密斯解释了为什么没有寄生虫可能是现代过敏症增加的原因。

和Rick一起的是Henry McSorley，他也来自爱丁堡大学。公平地说，这种寄生虫和我们的免疫系统之间的猫捉老鼠的游戏已经持续了几代人。但在现代，我们对不育的痴迷意味着我们实际上失去了许多我们可以视为老朋友的人。那么，这有什么不好的地方吗?你觉得呢，亨利?

亨利-当然了。这方面的证据来自寄生虫感染仍然非常普遍的地区。当我们观察感染寄生虫的人群时，他们患过敏性哮喘等疾病的几率要低得多，而在这个国家，正如你所说，在过去的大约一百年里，卫生和环境卫生的改善使我们真正根除了寄生虫，而在同一时期，我们遭受了过敏症的流行。所以，研究人员称之为卫生假说，我们太干净了，这导致我们都容易产生过度活跃的免疫反应。

克里斯-亨利,我们如何区分无菌生活方式的影响,像躲避瘟疫一样痴迷漂白剂和避免错误和没有寄生虫,因为它会不会暴露在化学物质在我们的环境中,我们使用清洁环境是什么导致过敏和它与我们现在不是parasite-laden因为,正如马克维尼说,实际上寄生虫几乎是有害的。他们在偷我们的东西。

亨利-这倒是真的。我认为所有这些相关的工作，你知道，相关性并不意味着因果关系，真的需要测试。这就是我们想要做的通过控制寄生虫感染的时间。看看过敏的发展，我们可以更直接地展示寄生虫可以预防过敏的发展，也许可以用来开发对抗过敏的新药。

克里斯-没错。人们是怎么做到的呢?

亨利:嗯，我们正在做的是试图摆脱真正的寄生虫感染。因此，有很多临床试验正在进行，人们被故意感染活寄生虫，试图控制炎症性肠病或过敏性哮喘等疾病。然而，我们并不确切知道这些寄生虫是如何工作的，以及它们实际上在做什么。所以，我们的方法是，我们认为尝试找到寄生虫用来影响免疫系统和它们作用的免疫途径的确切分子会是一个更好的主意。然后我们也许可以开发这些寄生虫分子作为治疗这些疾病的新药。

所以，你可以吞下一片药丸而不是一条虫子，这听起来更“可消化”，不是吗?

亨利-当然了。

Chris -我们的研究进展到什么程度了因为要想弄清楚这种寄生在你肠道一侧的肠道蠕虫对你的免疫系统造成的影响是非常棘手的这些蠕虫在很小的水平上起作用，不是吗?

亨利-当然了。因此，我们采取的方法是收集寄生虫释放到宿主体内的所有产物，我们认为这些产物中含有一些分子，可以调节宿主的免疫反应。我们收集这些分子，发现通过施用它们，我们可以复制寄生虫感染的许多抑制作用。

克里斯:但是网站也很重要吗?因为如果你有一种寄生虫，它已经进化到附着在你的肠道上，并以适当的浓度和适当的水平以适当的方式运送这些东西，这可能不仅仅是一个简单的例子，我们复制这些化学物质，然后注射它们或其他什么。它们可能不起作用。

亨利:当然，这是一个很好的观点。这就是我们的发现。它可能不是一个分子。它可能是一种混合物，它实际上很大程度上取决于剂量，是的，确切地说，你给药的地方。所以，如果你想要影响结肠炎，也许吃药是个好主意。但如果你想影响哮喘，那么你可以直接吸入肺部。

克里斯:你想治疗什么样的疾病或者你认为什么样的情况可能适合这种治疗方法?

亨利-真的是任何免疫反应过度活跃导致问题的疾病。所以，这些疾病，比如过敏我认为在这个国家很常见，过敏性哮喘。还有炎症性肠病和自身免疫性疾病。所有这些疾病都在进行感染的临床试验。但就像我说的，我们正在努力创造明确的药物来真正治疗它们。

克里斯-你查到什么了?

亨利:我们已经发现了整个寄生虫产品，真正的混合物，可以抑制老鼠模型中的哮喘等疾病。实际上，就在去年，我们已经研制出了一些单独的蛋白质，我们可以在实验室中以高度纯化的形式生产，这些蛋白质可以复制寄生虫感染的许多抑制作用。所以，这些或许可以直接开发成药物，事实上最近，就在上个月，我们已经展示了这些分子在实验室里直接作用于人类细胞，就像它们在老鼠身上一样。因此，似乎有一条非常清晰的途径可以将这些药物制成新药并用于人体。

克里斯:听起来不错。恭喜你!有什么副作用或者有什么不好的地方吗?

亨利:任何时候你说到抑制免疫反应，很明显都会有副作用，包括增加你对感染的敏感性，甚至是对肿瘤的监视，这样你的免疫系统就可以阻止肿瘤的发展。然而，我们在这个意义上所说的特别是在哮喘研究中是尝试让人们对吸入的过敏原产生耐受性。这些可能是猫皮屑或花粉之类的东西。所以，你可以使用这些寄生虫产品它们对你的过敏原有很高的耐受性你想要对过敏原产生耐受性，希望能使你的耐受性持续数年你就可以治愈过敏性哮喘了。