神奇的细菌：让蚊子绝育 让黄蜂变性！总算明白了

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蚊子工厂这两年频繁出现在我们的视野，这些工厂培育出数以亿计的蚊子，并在野外释放。

目前世界最大的蚊子工厂在广东——那里每周能够培育1000万只特殊的雄性蚊子。

图：广东蚊子工厂培育蚊子的资料图

之所以要人为培育这些蚊子，是为了减少野生蚊子或者减少野生蚊子制造的疾病。

目前培育蚊子防控主要有两种思路，一种是培育出能够阻断登革热等蚊媒传染病的蚊子，让它们去感染野生的蚊子，另一种思路是培育出能够让野生蚊子不育的蚊子——广州的蚊子工厂就是属于这种。

这两种思路都需要应用到一种蚊子的共生菌——沃尔巴克氏菌。

所谓培育正是让这种细菌感染培育的蚊子，然后让培育的蚊子去影响野外种群。

沃尔巴克氏菌指的是沃尔巴克氏体属的细菌，这个类群是世界上分布最为广泛的共生菌，因为它们搭上了庞大的节肢动物的便车，它们生活在大部分节肢动物的细胞内，显著影响着这些节肢动物的繁殖行为，以及发育状况。

图：昆虫细胞内的沃尔巴克氏体?Scott O'Neill

虽然科学家非常清楚，共生体对宿主的影响很大，但是依然会对沃尔巴克氏菌的能力感到震惊，因为它们甚至会想方设法控制宿主的性别。

比如，寄生在赤眼蜂属黄蜂体内的沃尔巴克氏菌，它几乎消灭了所有的雄性黄蜂，让整个种群只剩下雌性，现在这类黄蜂要找到一只雄性都难。

科学家在100年前（1924年）就已经发现了沃尔巴克氏菌的存在，并且发现大部分昆虫被感染（比例在25%-75%之间），然后在大约30年前发现它们能够改变昆虫的性别比例，但是直到最近才稍有一点了解它们是如何做到的。

图：培育蚊子

沃尔巴克氏菌受益于雌性

沃尔巴克氏菌种类繁多，它们对宿主的影响方式也多样，我们前面提到的它能够控制登革热传播，这是因为科学发现有一种沃尔巴克氏菌具有阻止蚊子携带登革热病毒的能力。

所以，只要培育出携带这种沃尔巴克氏菌的蚊子，并将其释放到野外，让它们去感染野生蚊子就行了，这种方法在印尼已经成功减少当地77%的登革热发病。

不过，这种方法并不会减少蚊子叮咬，相反它可能会增加蚊子叮咬，因为蚊子量增多了，而且因为控制了蚊子病毒，还导致蚊子寿命变长了。

这是一种对生态影响较小，而且又能控制疾病的方法，目前能够控制疟疾的沃尔巴克氏菌也已经被投放。

我们前面提到的另外一种让蚊子不育的思路，则是发现一些被沃尔巴克氏菌感染的蚊子，如果与未感染的蚊子交配，那么未感染的蚊子就会不育，这个被称为胞质不相容。

雌性蚊子通常一生只要交配一次就能一直产卵，而雄性蚊子非常“多情”，所以这种方法只要培育感染特定沃尔巴克氏菌菌株的雄性蚊子就好了，让它们去祸害更多雌性蚊子。

当然，沃尔巴克氏菌转移的方式也是多样的，它可以在捕食者与猎物之间转移，例如一只节肢动物吃了携带有沃尔巴克氏菌的另外一只节肢动物，它就有可能会被感染。

不过，捕食者与猎物之间的相互作用并不是沃尔巴克氏菌主要的转移方式，因为大部分菌株都难以通过消化系统。

图：赤眼蜂就是一类寄生蜂，它们将卵产在其它昆虫卵内，也帮助沃尔巴克氏菌传播

最常见的转移方式是通过寄生虫，对于昆虫而言，寄生蜂在这种方式上扮演重要角色；

最佳的转移方式被认为是共享食物，一些菌株可以在特定植物上存活相当长时间，如果两只动物食用了相同食物，沃尔巴克氏菌就会转移。

虽然，沃尔巴克氏菌物理转移的方式有很多，但是对于昆虫而言，它们在感染子代这件事上，只通过雌性，只有雌性的卵细胞能够携带这种细菌，而雄性精细胞不会。

简单地说，沃尔巴克氏菌在传播这件事上受益于种群中雌性群体的增多，这就是为什么它们需要操控宿主性别的原因，而且都是剔除雄性，增加雌性的比例。

我们前面提到的胞质不相容其实也是一种沃尔巴克氏菌促进种群中感染者数量的方式，它们通过这种方法去剔除那些没有被感染的个体。

回到沃尔巴克氏菌控制性别上，不知道你有没有想过，整个种群尽可能减少雄性最极端的方式是什么？

答案就是孤雌生殖——不需要雄性参与，雌性自己完成生殖，而且后代百分百都是雌性。

图：大理石纹螯虾-超级克隆体

沃尔巴克氏菌会导致宿主孤雌并不是什么秘密，许多研究都证实了这一点，不过有许多学者认为，节肢动物的孤雌生殖能力就是由沃尔巴克氏菌制造的（除了大理石纹螯虾）。

当然，并不是所有节肢动物都走向了孤雌生殖的极端。

多年来，科学家已经发现沃尔巴克氏菌依靠各种各样的技巧来增加种群中雌性的比例，包括杀死雄性胚胎，阻止未携带沃尔巴克氏菌的卵子发育，以及使遗传雄性发展出雌性特征。

其中最奇怪的就是遗传雄性变成了雌性，我们前面提到的赤眼蜂就是这种情况，它们完全被细菌逆转了性别。

图：赤眼蜂从其它昆虫卵在发育，但遗传雄性的个体性别被细菌改变成了雌性

细菌如何改变黄蜂性别？

其实，沃尔巴克氏菌改变黄蜂性别的具体原因依然是个谜，不过最近的两项研究可以部分回答这个问题：

很久以前，这些细菌从其他昆虫那里获取了性别决定基因，如今它们利用这些基因大量生产出使雄性卵子变成雌性的蛋白质，进而导致雄性变性。

在有性生殖过程中，染色体会先复制，然后分裂成不同的生殖细胞，子细胞的染色体数量只有母细胞的一半。

赤眼蜂属于膜翅目，这类昆虫不同性别携带的染色体数量不同，雄性是单倍体，它们是从未受精的卵子发育而来，而雌性是正常由受精卵发育而来的双倍体。

沃尔巴克氏菌利用科学家们尚未完全理解的机制，以某种方式阻止了最后一步，导致未受精的卵也发育成雌性，而不是雄性。

不过，这两项研究都发现，其中有两个基因产生的蛋白质似乎在性别决定中发挥着关键作用，而这两个基因与其他昆虫中发现的性别决定基因非常相似。

所以，两项研究的研究员认为，这表明沃尔巴克氏菌操控性别的基因来自进化史上感染的昆虫，然后经过自己的改良，最终让它们找到了让黄蜂变性的方法。

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