综述:内寄生虫与高度克隆化宿主的共同进化生物学

时间:2026年1月21日
来源:Journal of Invertebrate Pathology

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本研究探讨复杂生命周期内寄生虫通过宿主共同扩散入侵淡水环境的作用机制,以腹足类多毛藻门原生动物与水螅纲宿主为模型系统,分析宿主克隆繁殖能力、寄生虫宿主范围广及环境依赖性发育等关键因素对入侵的影响,并评估全球变化(如水温升高、富营养化)对寄生虫-宿主协同扩散和入侵风险的潜在影响。

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Beth Okamura | Hanna Hartikainen
自然历史博物馆,Cromwell Road,伦敦,英国

摘要

由于环境质量在空间和时间上存在差异,生物体具备扩散并在其他地方定居的能力至关重要。许多寄生虫会产生能够独立于宿主进行扩散的抵抗性阶段。然而,寄生虫与宿主共同扩散提供了另一种扩散方式。本文重点探讨了具有复杂生命周期的内寄生虫如何促进对淡水环境的入侵。我们回顾了可能导致这种入侵的因素,提供了关于软孢子粘孢子动物扩散和入侵的证据,并考虑了它们与无脊椎宿主(淡水苔藓虫)共同扩散如何驱动这些过程。我们将这种苔藓虫/粘孢子动物的关联作为评估内寄生虫入侵概率和风险的模型系统。苔藓虫宿主体内的反复克隆繁殖以及粘孢子动物的特征(广泛的宿主范围、依赖宿主条件的发育)被认为特别促进了入侵。由于影响相互矛盾且缺乏相关知识,很难预测全球变化将如何影响粘孢子动物在脊椎动物宿主(鱼类)中的入侵和疾病。

引言

由人类活动引发的生物入侵以及入侵物种对生物多样性和生态系统功能的影响被认为是人类世最大的威胁之一(Haubrock等人,2024年)。确定非本地物种种群入侵新区域的能力对于理解自然和人为因素的驱动作用至关重要。本文重点关注内寄生虫的入侵过程,并强调理解这些过程对于制定缓解入侵影响的方法的重要性。然而,识别生物入侵可能很复杂,所使用的术语往往定义不明确(Davis和Thompson,2000年;Colautti和MacIsaac,2004年;Lodge等人,2006年)。在新地点的定殖显然至关重要,但由于它可能发生在不同的空间尺度上并依赖于栖息地的演替阶段,因此描述起来具有挑战性。尽管对入侵物种有多种定义(Lodge等人,2006年),但所有定义都涉及在其原产地范围之外的定殖。这些问题突显了理解促进定殖概率的生物和环境因素的重要性,而这又依赖于对潜在入侵者的生态学、生活史和分布的深入了解(Roy等人,2017年;Najbarek等人,2022年)。
尽管入侵生物学通常关注自由生活的生物(Grosholz,2002年;Chan和Briski,2017年;Poulin,2017年),但人们普遍认识到相关病原体、寄生虫和害虫的共同入侵也很常见。这类入侵相关生物通常因为它们对水产养殖、园艺和渔业的影响而被识别(Perrings等人,2005年;Goedknegt等人,2016年;Raghuteja等人,2022年;de Moraes等人,2025年)。相关入侵的动态可能涉及入侵的自由生活宿主在传播过程中失去或获得相关生物(以下简称寄生虫),以及非本地寄生虫在本地宿主体内的定殖。例如,引起鲑鱼旋毛病的粘孢子动物Myxobolus cerebralis于20世纪50年代末从欧洲引入北美,并随后在美国和加拿大的多个州传播(Bartholomew和Reno,2002年)。欧洲来源的M. cerebralis利用北美管虫宿主的能力促进了其广泛传播(Ramazi等人,2022年),这可能是由多种过程驱动的(例如水产养殖、孵化场、放流以及野生无脊椎动物或鱼类的自然扩散;Bartholomew等人,2005年)。
尽管对寄生虫入侵的研究正在增加(Poulin,2017年;Díaz-Morales等人,2025年),但对与入侵自由生活生物相关的寄生虫的了解仍然有限(Najberek等人,2022年)。此外,如果寄生虫具有自由生活阶段,它们可能独立于宿主实现入侵。我们建议读者参考Díaz-Morales等人(2025年)关于涉及宿主和寄生虫的生物入侵的术语和概念的综述。
在淡水系统中,寄生虫的引入及其引入风险与水产养殖(García-Vásquez等人,2021年)、水族贸易(Tripathi,2014年;Sandilyan,2016年)、压载水(McCarthy和Khambaty,1994年;Davidson和Simkanin,2012年)以及未经处理的水转移到对饮用水需求高的地区、工业和灌溉(Foster等人,2024年)有关。最近,de Moraes等人(2025年)回顾了1974年至2021年间发表的关于淡水环境中引入鱼类寄生虫的文献,共发现232项研究记录了870次入侵事件。其中565例是入侵宿主将寄生虫引入新环境并感染了本地物种;其余305例是自由生活生物入侵环境后被本地寄生虫感染。入侵与鱼类养殖密切相关,且最多的入侵寄生虫来自亚洲,该地区以大规模鱼类生产为特征,涉及全球贸易。
许多鱼类的寄生虫具有复杂的生命周期,涉及无脊椎动物和脊椎动物宿主。例如吸虫、某些绦虫、棘头虫、某些线虫和粘孢子动物。De Moraes等人(2025年)发现,65%的淡水环境中入侵鱼类寄生虫具有复杂的(异宿主)生命周期。尽管需要所有宿主都在入侵范围内可用,但复杂的生命周期似乎并不妨碍入侵的成功。具有复杂生命周期的寄生虫的入侵可能通过受感染的无脊椎宿主的移动来介导——这是一个被忽视的问题。事实上,正如本文所强调的,无脊椎宿主的特性可能特别有利于寄生虫的扩散和入侵。
在本文中,我们重点探讨了具有复杂生命周期的内寄生虫如何与无脊椎宿主共同扩散并因此入侵淡水系统。首先,我们确定了可能影响淡水系统中内寄生虫入侵可能性的因素。然后,我们以软孢子粘孢子动物及其苔藓虫无脊椎宿主为例,展示了宿主特性如何特别促进内寄生虫入侵。为此,我们回顾了粘孢子动物和苔藓虫广泛扩散的证据及其潜在机制,这些机制反过来又促进了入侵。接着,我们识别了苔藓虫和相关粘孢子动物共同入侵的风险,并探讨了苔藓虫和粘孢子动物的关键特性如何在过去、现在和未来促进具有复杂生命周期的寄生虫的入侵。最后,我们考虑了全球变化可能如何影响共同入侵。框1提供了关于该研究系统的背景信息,因为它由两个通常不为人所知的群体组成——粘孢子动物和淡水苔藓虫。

部分摘录

具有复杂生命周期的内寄生虫入侵的可能性

成功的寄生虫入侵者必须克服的各种挑战涉及扩散和定殖。表1总结了可能影响具有复杂生命周期的淡水内寄生虫在其原产地范围之外地区入侵的因素,因此代表了入侵风险。请注意,某些入侵风险可能并非完全独立,而且这不是一个全面的列表。下面我们将详细阐述这些因素如何介导扩散和定殖。

宿主-寄生虫共同扩散的模型系统:苔藓虫和粘孢子动物

我们提供了关于软孢子粘孢子动物广泛扩散和入侵的证据,说明这些过程是如何通过与苔藓虫宿主的共同扩散产生的,以及这种共同扩散的机制。然后我们考虑了一个相关问题——苔藓虫是否为范围扩展和入侵提供了证据。

通过苔藓虫宿主进行粘孢子动物入侵的风险因素

苔藓虫介导的粘孢子动物入侵可能受到一系列生物和非生物风险因素的促进(表1)。表1中的复选标记表示存在此类风险的证据。在描述其他因素之前,我们首先描述了我们认为可能促进入侵的根本和主要因素。
苔藓虫大量产生高度抗性的孢子囊,有助于通过水传播和动物传播方式促进粘孢子动物的共同扩散。

全球变化:苔藓虫介导的入侵风险和疾病出现

越来越多的证据表明,水温升高和富营养化对苔藓虫宿主体内的粘孢子动物发育有影响(Tops等人,2006年;Hartikainen等人,2009年;Hartikainen和Okamura,2012年)。因此,气候变化、农业和城市径流以及水资源释放预计会改变粘孢子动物的定殖和入侵潜力,同时也会改变苔藓虫宿主种群。富营养化和温度升高通常会增加苔藓虫的生长速率,进而……

注意事项

通过DNA序列(Hill和Okamura,2007年;Bartošová-Sojková等人,2014年;Hartikainen等人,2014年;Nichols等人,已提交)和RFLP谱型(Ruggeri等人,2020年)在多种苔藓虫和鱼类中检测到了软孢子粘孢子动物的感染。然而,尚不清楚所有这些“宿主”是否都支持孢子的发育。至少有一个案例涉及感染了一个死胡同(非允许)宿主:T. bryosalmonae,它感染了欧洲的养殖和野生虹鳟鱼(Morris和Adams,……

结论和未来问题

无脊椎动物介导的入侵可能促进了过去和当前的粘孢子动物生物地理模式,随着宿主和媒介对气候变化的响应,这种情况将继续发生变化。例如,宿主向更北地区的迁移可能会促进寄生虫的释放,导致无法在新范围内共同扩散和定殖的粘孢子动物范围收缩。许多粘孢子动物具有广泛的宿主范围,因此可能已经适应了高效的宿主转换,这将……

未引用的参考文献

Hartikainen和Okamura,2015年;Jiménez-Guri等人,2007年;Kallert等人,2015年。

CRediT作者贡献声明

Beth Okamura:撰写——审稿和编辑;撰写——初稿;概念化。Hanna Hartikainen:撰写——审稿和编辑;撰写——初稿;可视化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究未获得公共、商业或非营利部门的任何特定资助。

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