没有性行为？没问题。这些微小的无性动物窃取基因来制造自己的药物。

蛭形轮虫是一种古老的、无性的、奇怪的生物。这种微小的淡水动物似乎在无性的情况下存活了下来，并因此获得了进化优势，大约有 2500 万年的历史。新的研究揭示了这种具有弹性的水生生物谱系如何能够在没有性基因交换的情况下存活如此之久并传播到世界各地——从潮湿的苔藓到南极冰盖。奇怪的是，这些发现可以帮助科学家找到更好的人类抗生素治疗方法。

根据 7 月 18 日发表在《自然通讯》杂志上的一项研究，微观的多细胞水生蛭形轮虫可能利用从植物、真菌和细菌中窃取的遗传物质来制造自己的抗菌药物。通过从非动物身上窃取基因，轮虫能够产生它们原本无法获得的化合物。研究结果表明，借来的基因可以帮助一些蛭形虫在感染致命真菌病原体后存活下来，补充了标准的动物免疫系统。

“我们甚至没想到动物能制造这些化学物质，”该研究的资深作者、英国牛津大学生物学家 Chris Wilson 说道。“细菌和真菌非常擅长这种化学反应。动物则不然。”然而，在 Wislon 和他的同事检查的众多轮虫基因序列中，他们发现了建造微型抗生素工厂的说明——本质上是从细菌和真菌食谱中抄袭而来的配方。

逃避性生活

通过有性生殖进行基因交换是多细胞生物进化出抗病能力的关键方式之一。通过代代混合和分享遗传信息，动物更有可能偶然发现特别有益的组合。然而，在数百年的观察中，科学家从未发现过蛭形轮虫雄性，这意味着微型动物仅通过孤雌生殖进行繁殖。

无需受精即可繁殖的现象在动物中很常见，从昆虫到爬行动物再到鸟类。但通常这种现象很罕见，几乎总是伴随着有性生殖，而纯孤雌生殖的物种往往经不起进化时间的考验。蛭形轮虫却逆着这三种趋势，使它们的成功成为一个长期存在的谜团。新发现有助于破解这一谜团。

先前的基因研究表明，蛭形轮虫携带大量非动物来源的 DNA。它们基因组中约有 11% 的 DNA 是通过一种称为“水平基因转移”的过程从其他地方获取的，这种过程通常通过病毒介导。但这是首次将这些水平获得的基因与感染存活联系起来。

蛭形动物的水平基因转移率仍远低于有性生殖物种的进化率。然而，研究表明，即使是这些缓慢获得的 DNA 片段也可能对轮虫的进化持久性至关重要。

“人们越来越清楚地认识到，尽管水平基因转移在动物中很少见，但它确实会发生，而且似乎确实会产生影响，”英国诺丁汉特伦特大学微生物学家 Maria Rosa Domingo-Sananes 表示，她没有参与这项新研究。她说，这项研究揭示了这些基因的功能之谜。“总是有这样的问题：‘这是遗传漂变吗？’‘它们是遗传寄生虫吗？’‘或者它们实际上可能是有益的东西？’——这项研究朝着答案迈出了第一步。”

追踪基因违禁品

为了弄清蛭形虫窃取基因的目的，科学家们首先必须让一些轮虫生病。他们让两种不同的蛭形虫接触一种特别严重的真菌感染。“这有点像《最后生还者》中的僵尸真菌，”威尔逊告诉《大众科学》。 “当它成功感染轮虫时，它们最终会在一团真菌中爆炸。这不是一个很愉快的结局。”

其中一种蛭形藻对真菌高度敏感，三天后死亡率超过 70％。另一种蛭形藻的抵抗力更强，同一时间内死亡率只有 18％。

生物学家追踪了每种物种在患病过程中的基因表达情况。他们发现，在两种谱系中，病原体暴露激活了不成比例的被盗基因序列（占总表达基因的 23% 至 32%）。这些开启的序列有很多重叠。但在抗性物种中，一组与催化细菌中抗菌化学物质形成相关的基因高度活跃，其强度是易感物种的 10 倍。

“这确实让我们印象深刻。当我们研究基因的作用时，这是最清晰的模式，”威尔逊说。“我们将两者结合起来，认为这些基因是轮虫对抗这种病原体的主要防御手段之一。”

研究人员模拟了这些细胞化学工厂的具体产品，并预测最终的化合物将类似于已知的、强效的广谱抗生素和抗真菌剂。轮虫对基因进行了一些调整——序列与非动物源材料并不完全匹配——但效用可能相似。

疾病解决方案

随着越来越多的微生物进化以逃避我们所依赖的药物，抗生素耐药性问题日益严重。然而，威尔逊指出，寻找新的、可靠的抗菌药物并不容易。许多杀死病原体的化合物也会损害人体细胞。

轮虫制造药物的发现可能会有所帮助。由于轮虫是动物，它们制造的化合物至少必须是动物可以忍受的。“它们不能有很高的毒性，否则它们就无法在自己的细胞内产生这些化合物，”威尔逊说。“我们认为它们可能是我们寻找与人类兼容的抗菌化学品的有用线索，或提供捷径。”

“这是一个有趣的想法，也是一个好论点，”多明戈-萨纳内斯表示同意。谈到抗生素耐药性，“我们确实需要尽一切可能，”她说。“如果这些轮虫的多样性尚未得到充分利用，为什么不去探索呢？”

然而，轮虫对某种化合物的耐受性并不意味着它最终会对人类起作用。她指出，小鼠与人类的关系比轮虫与人类的关系要密切得多——但通常在啮齿动物身上被证明安全有效的药物在人体试验中却无法通过同样的门槛。

威尔逊和多明戈-萨纳内斯都警告说，在将任何这些技术应用于人类之前，还需要做大量的工作。下一步是：真正分离抗病轮虫产生的化学物质，并确认这些化合物具有抗菌作用。多明戈-萨纳内斯还希望看到后续研究评估其他轮虫谱系和病原体，以确定不同类型的感染是否会引起不同的遗传反应。

不过，就目前而言，威尔逊仍然感到惊喜和乐观。而且，至少他认为他的发现是继续深入研究奇异生物学的理由。“当我们开始这项研究时，我们根本不知道它与抗菌剂有任何联系，”他说。“这是你有时会偶然发现的那些东西之一，就像抗生素本身是偶然发现的一样。”

“当你深入观察一些看似完全晦涩难懂的东西时——一种生活在土壤中的、从未有人听说过的微小动物……你可能会发现一些意想不到的有用的东西。”