吸血蝙蝠是如何进化出最大限度利用其血腥饮食的

血液并不是最营养的一餐,但这并没有阻止吸血蝙蝠尽情畅饮。
a close up profile of a vampire bat
这些饮血者是如何进化出能够忍受它们食物的?一项新的基因分析揭示了原因。 Marco A. R. Mello

吸血蝙蝠是非常奇特的生物,即使以蝙蝠的标准来看也是如此。

它们是唯一仅以血液为食的哺乳动物,这意味着它们的身体必须在许多方面适应这种极具挑战性的饮食。位于德国法兰克福的 LOEWE 转化生物多样性基因组学中心的比较基因组学教授 Michael Hiller 表示,吸血蝙蝠还拥有非常先进的社交技能。

Hiller 和他的合作者正在研究使吸血蝙蝠得以生存和繁衍的基因变化。他们分析了普通吸血蝙蝠和其他二十多种蝙蝠的基因组,并确定了 10 个在吸血蝙蝠中已不再具有功能的基因。其中几项改变可能有助于蝙蝠应对血液中高含量的铁,并有助于它们出色的认知能力,该团队于 3 月 25 日在《科学进展》杂志上报道

“这些基因的丢失告诉我们很多关于吸血蝙蝠谱系过去自然选择的信息,”俄亥俄州立大学的行为生态学家 Gerald Carter 在一封电子邮件中表示,他并未参与这项新研究。“这些特征不仅仅关乎它们如何消化血液。它延伸到它们的行为,甚至它们的思维方式。”

Hiller 表示,血液是一种“次优”的食物来源,因为它近 80% 是液体,其余大部分是蛋白质,脂肪和糖分非常少。由于血液热量含量很低,吸血蝙蝠在一餐中必须吸食高达其体重 1.4 倍的血液。

除了其他特殊化之外,吸血蝙蝠的鼻部周围还有红外传感器,它们拥有锋利且无牙釉质的门牙,可以切开毫无防备的猎物的皮肤,并且唾液中含有抗凝剂,可以在它们进食时保持血液流动。它们还善于利用肘部跳跃来悄悄接近猎物,甚至可以奔跑跳跃。Hiller 说:“它们的陆地运动能力非常出色,而其他蝙蝠则受限得多。”

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由于它们的饮食营养含量低,吸血蝙蝠极易饥饿。吃饱的蝙蝠会定期将反刍的血液与其他未能获得当晚食物的邻居分享。Hiller 说:“选择与谁分享血液主要取决于过去谁曾帮助过你。”这意味着吸血蝙蝠可以识别它们的巢穴伙伴并记住它们过去的所作所为。它们还会形成持久的社会联系;Carter 和他的同事们观察到,即使被释放后,圈养的蝙蝠也会在一起

Hiller 说,为了支持它们吸血的生活方式,吸血蝙蝠可能以各种方式调整了它们的基因指令。他的团队专注于那些突变会破坏其编码功能蛋白能力的基因。通常,这类基因会因为对动物不再有用而被关闭,而在其他情况下,基因的丢失实际上可以提供生存优势。

为了了解这些过程可能如何在吸血蝙蝠身上发生,研究人员对三种已知吸血蝙蝠物种之一进行了基因组测序。然后,他们将其与 26 种其他蝙蝠的已发表基因组进行了比较,寻找那些在吸血蝙蝠中缺失但在其近亲和远亲中存在的基因。

Hiller 说:“我们正在利用这个新基因组,询问哪些基因在通往普通吸血蝙蝠的谱系中被特异性地失活了。”他和他的同事们在吸血蝙蝠中确定了 13 个基因丢失,这些基因似乎与其独特特征有关。

其中三个基因之前已被报道,并与甜味和苦味感知有关,这表明吸血蝙蝠的味觉很差。Carter 指出:“如果你只吃活体动物的血液,你不必担心新口味的意义或食物变质。”

同样,Hiller 说,在 10 个新发现的基因丢失中,“我们认为其中许多的最简单解释很可能是人们所说的‘不用则失’。”

吸血蝙蝠从食物中获得的糖分和脂肪微乎其微,因此处理这些营养物质的几个基因可能不再需要了。与胃酸分泌有关的基因也不再需要。Hiller 说:“它们的胃已经从像我们和其他蝙蝠那样分泌胃酸的消化器官,转变为一个可扩张的储存器官。”吸血蝙蝠喜欢在最黑暗的夜晚捕食——它们甚至会避开月光——因此,与颜色视觉相关的基因可能也变得过时了。

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其他基因在消化蛋白质和抵抗潜在危险微生物方面发挥作用,但它们为何失活尚不清楚。Hiller 说,一种可能性是,免疫相关的基因之所以重要性下降,是因为血液中的病原体与其他猎物组织中的病原体非常不同。

他说,最令人兴奋的是有两个案例,放弃特定的基因似乎直接帮助吸血蝙蝠适应了它们“非常独特”的生活方式。

吸血蝙蝠摄入的铁量是人类的 800 倍,这可能带来危险的后果。然而,研究人员发现,一项基因丢失使得短寿命的肠道细胞能够吸收更多的矿物质,然后在它们脱落到肠道并被排出体外之前。这可能有助于控制蝙蝠的铁含量。

另一个失活的基因编码一种酶,该酶通常会分解一种胆固醇产生的分子。该分子会刺激大脑中与学习、记忆和社会行为相关的部分。未来,研究人员计划测量该酶的丢失是否导致普通吸血蝙蝠体内该胆固醇基分子水平升高,这可能是它们某些社交习惯的基础。

该团队最近还对剩下的两种吸血蝙蝠物种进行了基因组测序,并将详细比较这三组基因指令。而且,尽管新发现强调了基因丢失可以是一种重要的进化机制,Hiller 说,但这并非全部。

他说:“基因丢失只是一种基因组变化。有了我们现在拥有的新基因组,我们希望进行更全面的筛选,以更好地了解这些适应的潜在机制。”

 

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Kate Baggaley

特约撰稿人,科学

Kate Baggaley自2017年以来一直定期为《大众科学》撰稿。她经常报道自然、气候和COVID-19大流行,但也报道了科学的许多其他方面,包括太空、古生物学和健康。她对鸟类、深海生物以及各种美丽的爬行动物情有独钟。


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