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以免疫功能换取生殖成功

深海琵琶鱼采用了令人难以置信的繁殖策略。小矮小的雄性会永久地附着在相对巨大的雌性身上,融合其组织,然后建立普通的血液循环。这样,雄性就完全依赖雌性来提供营养,就像她母亲子宫中的胎儿发育或移植患者的供体器官一样。在angle鱼中,这种不寻常的现象被称为性寄生虫,对生活在深海中的雌性动物和雄性动物很少见面的这些动物的繁殖成功作出了贡献。

雄性与雌性的永久结合代表了一种解剖学上的结合,除了在遗传上相同的双胞胎中很少发生以外,自然上是未知的。该免疫系统代表了非凡的障碍。它攻击外来组织,因为它会破坏被病原体感染的细胞。只需见证一下围绕人类器官移植的困难,就需要对供体和受体组织类型以及免疫抑制药物进行仔细的交叉匹配,以确保器官移植物的长期存活。但是,在预期会出现组织排斥的情况下,钓鱼者如何容易地相互接受呢?

自从1920年冰岛渔业生物学家发现第一对依恋夫妇以来,性寄生虫现象就已经存在了100年。现在,德国和美国的科学家解决了这个有着百年历史的难题并报告了他们的难题。科学杂志“ 科学”上的发现。

消除了免疫系统的关键功能

几年前,医生 Thomas Boehm在德国弗赖堡的马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所工作的科学家,免疫学家,在西雅图的华盛顿大学工作的鱼类学家和国际知名的angle鱼专家Theodore W. Pietsch着手研究不同的angle鱼的基因组种类。他们从研究主要组织相容性(MHC)抗原的结构开始。这些分子存在于人体细胞的表面,当细胞被病毒或细菌感染时,就会向免疫系统发出警报信号。为了确保所有病原体都能被有效识别,MHC分子变化很大,以至于很难在一个物种的任何两个个体中找到相同或接近相同的形式。

有趣的是,研究人员发现,使用永久性附着的琵琶鱼在编码这些MHC分子的基因中大大减废,就好像它们放弃了免疫识别而转向组织融合一样。“除了这个异常的MHC基因星座,我们发现杀伤性T细胞的功能,即使没有完全丧失,它们通常会在器官排斥过程中主动清除受感染的细胞或攻击外来组织,即使这些功能没有完全消失,它们也会严重受损。这些发现提示这项研究的第一作者,免疫生物学和表观遗传学MPI的杰里米·斯万(Jeremy Swann)说:

雌性刺棘藻(Photocorynus spiniceps)种类的雌性,长46毫米,背部寄生有6.2毫米的寄生雄性。图片来源:西奥多·W·彼得施

没有获得免疫功能的生存

在这些意外发现之后,科学家怀疑钓鱼者免疫系统的重组可能比预期的还要广泛。确实,进一步的研究表明,抗体是免疫防御武器库中的第二大有力武器,在某些钓鱼鱼物种中也缺失。该项目的首席科学家,免疫生物学和表观遗传学MPI主任Thomas Boehm说:“对人类而言,在钓鱼鱼中观察到的重要免疫功能的综合丧失将导致致命的免疫缺陷。”

然而,没有必要的适应性免疫功能,angle鱼显然能够生存。因此,研究人员得出结论,这些动物使用了许多改良的先天设施来防御感染,这是解决所有生物面临的问题的出乎意料的解决方案。的确,直到现在,人们一直认为,获得性免疫与先天免疫的伙伴关系一旦在进化中形成,就不能不加破坏地解开纠缠。

免疫系统影响生殖策略

因此,这项研究表明,尽管先天和适应功能的共同进化伙伴关系经历了数亿年的发展,但脊椎动物在没有以前认为不可替代的适应性免疫设施的情况下仍可以生存。我们认为,迄今未知的进化力会首先驱动免疫系统的变化,然后被用于性寄生虫的进化。”

有趣的是,科学家们相信,在他们收集的鱼类中,他们甚至在发展性寄生虫的过程中捕获了一个物种。华盛顿大学的特德·皮希(Ted Pietsch)说:“我们发现,这种鱼类的非常规繁殖方式是数次独立发明的,这很了不起。”

尽管有待改进的angle鱼先天免疫设施的细节仍有待发现,但这项研究的结果指出了增强遭受先天或后天免疫设施受损后果的人类患者的先天免疫设施的潜在策略。因此,科学之旅始于大西洋中部一个渔船上的模糊观察,出乎意料地开辟了治疗人类免疫疾病的新途径。

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