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寄生虫抑制赤潮

有害藻华的发生与控制其种群数量的甲藻种类和寄生虫的平衡有关。立即探索其影响。

作者:Ed Yong
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在过去的十年里,一些沿海水域开始以惊人的频率变红。原因并非什么圣经中的瘟疫,而是由一种名为甲藻的微小藻类密集聚集所致。每毫升水中,赤潮的细胞数量可能超过一百万个。许多甲藻是无害的,并且是海洋环境的重要组成部分,但另一些则会产生毒素,可能杀死当地野生动物,并危及食用被毒死的生物的人类健康。

这些“有害藻华”在水体混合不良、营养物质异常丰富的温暖水域中更为常见。它们的频率增加被归因于多种原因,从自然原因、农业径流到气候变化导致的海水温度升高。然而,正如在生态学中越来越明显的那样,如果你不了解当地寄生虫的活动,你就无法全面了解一个栖息地。

来自生物学站(Station Biologique)的Aurelie Chambouvet发现,导致赤潮的藻类本身也是一种名为Amoebophrya的甲藻寄生虫的受害者。这些寄生虫充当了一种天然的“藻类调节器”,严密控制着当地藻类的种群数量。而赤潮的发生,则表明这种控制链条已经断裂。

Chambouvet 的团队通过连续三年在法国北部彭泽河(Penze River)河口采集水样,发现了这些寄生虫的丰富程度。他们使用了多色荧光抗体,这些抗体能够识别并附着在宿主物种及其寄生虫特有的分子上。荧光信号揭示了一个生命周期,就像大多数寄生虫一样,充满了残酷和剥削。

它开始于甲藻宿主被一种名为恐孢(dinospores)的小囊感染(A),每个囊仅有几千分之一毫米大小。这是Amoebophrya的自由生活阶段,一旦进入较大的细胞(B中的绿点),孢子就会多次复制其 DNA,产生一种称为滋养体(trophont)的大细胞,其中包含寄生虫基因组的多个拷贝。

这种入侵者会变得如此之大,以至于其宿主因压力而膨胀(C),并最终破裂(D)。滋养体进一步成熟为一种可移动的蠕虫状形态(E),最终分裂成单个的恐孢,每个恐孢都能感染新的宿主。在其临死之际,一个甲藻可以释放 60 到 400 个恐孢给其邻居。整个过程只需几天。

Chambouvet 发现,在整个夏季,大约五分之一的藻类细胞都有寄生虫寄生,有时近一半的藻类被感染。这种沉重的寄生虫负担解释了夏季不同甲藻种群数量的此消彼长。每年五月和六月之间,四种甲藻似乎每周轮流占据河口的主导地位。

这些波动与周围环境无关——潮汐的强度、水的温度、营养水平或盐度都不会影响藻类的生长。相反,Chambouvet 在任何一种甲藻种群崩溃之前,总能在水中检测到恐孢的激增。寄生虫对宿主的感染程度如此之高,以至于它们严重削减了宿主的种群数量。

然而,这四种甲藻依次占优势的事实表明,每一种都被其自身的特定寄生虫种类所剥削,这些寄生虫不针对其他潜在的宿主。果不其然,Chambouvet 每年都检测到四种基因上不同的寄生虫,她证明了其中至少有三种只针对当地的一种甲藻。

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这些“舞伴”从不交换;年复一年,同一种寄生虫感染同一种宿主。当一种甲藻种群激增时,它们的寄生虫也会增殖,从而导致种群崩溃。这使得其他藻类有机会大量繁殖,但最终也会被它们各自的寄生虫所消灭。这些“身体窃贼”简直就是连环杀手。

这些寄生虫的行为严密地控制着藻类。一种甲藻Alexandria mimitum(它会毒害贝类的肉)于 20 世纪 80 年代首次在法国海岸附近被发现,并于 1994 年首次在彭泽河河口出现。在接下来的 9 年里,这种藻类大量繁殖是常态,但很快就停止了。现在,它们已非常罕见,Chambouvet 认为寄生虫已经制服了这个入侵物种。全世界可能都在发生类似的“检查站”——Amoebophrya及其近亲几乎存在于所有海洋生境中,并且它们感染的宿主范围极广,包括海洋蠕虫、螃蟹、水母甚至鱼卵。

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Chambouvet 认为,要形成有害藻华,甲藻不仅需要找到合适的环境条件,还需要摆脱寄生虫的束缚。她的研究结果表明,全球范围内赤潮频率的增加可能部分归因于破坏了寄生虫对其宿主控制的事件。也许这是由于入侵物种进入了它们没有天敌寄生虫的区域(如A.minutum的情况)。也许气候变化或农业径流促进了通常稀有且缺乏严格寄生虫控制的物种的生长。

参考文献:A. Chambouvet, P. Morin, D. Marie, L. Guillou (2008). Control of Toxic Marine Dinoflagellate Blooms by Serial Parasitic Killers Science, 322 (5905), 1254-1257 DOI: 10.1126/science.1164387

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