本文最初发表在 《可知杂志》上。
如果刺破一种名叫“毁坏小茧蜂”（Microplitis demolitor）的黄蜂的卵巢，就会喷涌出大量的病毒，闪烁着虹彩般的蓝色牙膏光泽。“它们非常美丽，而且在里面制造了如此多的病毒，真是太不可思议了，”佐治亚大学的昆虫学家 Gaelen Burke 说。
毁坏小茧蜂是一种寄生虫，将卵产在毛虫体内，而它卵巢中的病毒颗粒是“家化”的病毒，已被调校成无害地存在于黄蜂体内并为其服务。病毒颗粒通过黄蜂的产卵器与黄蜂自身的卵一起被注入毛虫体内。然后，病毒将其内容物释放到毛虫的细胞中，传递与正常病毒不同的 基因。这些基因会抑制毛虫的免疫系统并控制其发育，将毛虫变成黄蜂幼崽的安全育儿室。
昆虫世界充斥着寄生蜂，它们在幼虫时期会吞噬其他昆虫。出于科学家尚不完全理解的原因，它们一再收养并驯化了野生致病病毒，并将它们变成了生物武器。已经描述了半打的例子，新的研究也暗示了更多。
通过研究处于不同家化阶段的病毒，研究人员如今正在揭示其过程是如何展开的。
多样化的伙伴
黄蜂家化病毒最典型的例子涉及一种叫做“杆状病毒”（bracoviruses）的病毒，据信它们源自约 1 亿年前 感染了黄蜂或其毛虫宿主的病毒。这种古老的病毒将其 DNA 插入了黄蜂的基因组。从那时起，它就成为了黄蜂的一部分，代代相传。
随着时间的推移，黄蜂分化出新的物种，它们的病毒也随之分化。如今，在约 50,000 个黄蜂物种中都发现了杆状病毒，包括毁坏小茧蜂。其他家化病毒则源自不同野生病毒，它们在不同时期进入了黄蜂的基因组。
研究人员正在争论家化病毒是否应该被称为病毒。“有些人说它绝对仍然是病毒；有些人说它已经整合了，所以它是黄蜂的一部分，”荷兰瓦赫宁根大学生态学家 Marcel Dicke 说，他曾在 2020 年的《昆虫学年鉴》上 描述了家化病毒如何间接影响植物和其他生物。
随着黄蜂-病毒复合体的进化，病毒基因组分散在黄蜂的 DNA 中。一些基因会退化，但核心基因组得以保留——这些基因对于制造原始病毒的感染性颗粒至关重要。“这些部分都存在于黄蜂基因组的不同位置。但它们仍然可以相互交流。它们仍然产生相互协作的产品来制造病毒颗粒，”佐治亚大学昆虫学家 Michael Strand 说。但是，与野生病毒拥有完整的病毒基因组不同，家化病毒颗粒充当了黄蜂武器的载体。
这些武器种类繁多。有些是蛋白质，有些是短 DNA 片段上的基因。大多数与黄蜂或病毒中的任何东西都几乎没有什么相似之处，因此不清楚它们最初来自哪里。它们还在不断变化，与毛虫或其他宿主的防御机制进行着演化军备竞赛。
在许多情况下，研究人员甚至还没有发现这些基因和蛋白质在黄蜂宿主体内起什么作用，也未能证明它们充当武器。但他们已经弄清楚了一些细节。
例如，毁坏小茧蜂利用杆状病毒将一种名为 *glc1.8* 的基因传递到蛾类毛虫的免疫细胞中。 *glc1.8* 基因导致受感染的免疫细胞产生粘液，阻止它们附着在黄蜂卵上。毁坏小茧蜂杆状病毒中的其他基因会迫使免疫细胞自杀，而另一些基因则阻止毛虫将寄生虫包裹在黑色素鞘中。
黄蜂保持控制
驯化病毒很可能是一项危险的尝试。毕竟，家化病毒的野生近亲可能具有致命性，它们会劫持细胞来产生病毒颗粒，然后使细胞破裂，释放其内容物。其中一些会导致昆虫内脏溶解成糊状。事实上，即使在家化的情况下，有时黄蜂卵巢中的特化细胞也必须破裂才能释放病毒颗粒。
“黄蜂必须找到一种方法来控制这种病毒，使其不会感染并杀死黄蜂本身，”田纳西大学昆虫学家 Kelsey Coffman 说。
黄蜂是如何进化出控制其“宠物病毒”的能力的？最重要的是，它们使病毒“去势”了。病毒颗粒无法繁殖，因为它们不包含构建新病毒颗粒的关键基因。这些基因仍然存在于黄蜂基因组中。
黄蜂还控制家化病毒颗粒的产生地点和时间，这大概是为了降低病毒失控的风险。杆状病毒颗粒仅在雌性生殖道的某个区域，并且只在有限的时间内制造。
关键的病毒基因已经完全丢失，以至于家化病毒无法复制自身的 DNA。即使是最近家化的病毒也存在这种丢失，这表明这是重要的一步。
事实上，任何对黄蜂无益的病毒基因都会逐渐积累突变。在杆状病毒中，经过了 so long 的时间，未使用的基因已经无法辨认。在最近家化的病毒中，残余物仍然可以识别。
揭示“缺失的环节”
拥有一个充满“死亡病毒”的基因组并没有什么特别之处。病毒会一直闯入动物基因组，我们自身的 DNA 中也充满了它们的残余。但只有寄生蜂被发现能够维持一套完整的基因，这些基因仍然协同工作来构建病毒颗粒。
研究人员渴望了解这些关系是如何开始的。为了寻找线索，一些人转向了一种叫做长尾寄生蜂（Diachasmimorpha longicaudata）的小橘色黄蜂，它可能正处于家化痘病毒的早期阶段。这种痘病毒并非真正的家化病毒，因为它的 DNA 没有进入黄蜂的基因组。相反，它在黄蜂的毒腺中自行复制。
与其他驯化病毒的黄蜂一样，长尾寄生蜂将病毒颗粒注入宿主，在这种情况下是果蝇的幼虫。Coffman 和 Burke 与研究员 Taylor Harrell 的研究表明，没有痘病毒， 大多数黄蜂幼虫都会死亡。但与完全家化的病毒不同，痘病毒也在黄蜂体外复制，并在幼虫细胞中产生新的病毒颗粒。黄蜂从痘病毒中获益，但并未完全控制它。
Coffman 表示，这种弱控制可能反映了黄蜂最初使用的病毒类型。大多数家化病毒源自一种叫做“杆状病毒”（nudiviruses）的病毒，这种病毒比痘病毒更容易整合到黄蜂基因组中。
但也有可能黄蜂只是还没有足够的时间。事实上，这种黄蜂-痘病毒的合作关系非常新，似乎只存在于一个黄蜂物种中。甚至在另一个非常相似的物种中也缺失，以至于 Coffman 最初没有意识到她的实验室里有两种黄蜂。
然而，这种病毒仅限于某些组织，并且只在卵发育时复制，这可能意味着长尾寄生蜂已经建立了一些防御机制。病毒似乎也在失去在没有黄蜂帮助的情况下传播的能力。“我曾尝试用大量病毒喂养苍蝇，但它们似乎无法通过这种方式感染，”Coffman 说。
Coffman 补充说，痘病毒系统令人兴奋，因为关于病毒家化是如何开始的，人们知之甚少。“我们无法回到过去，知道它是如何开始的。但有了这个系统——它是新的。我们可以说，我们得到了一个‘缺失的环节’的快照。”
虽然没有人确切知道为什么病毒家化在寄生蜂中持续发生，但研究人员怀疑这与其生活方式有关。内部寄生虫生活在宿主的内脏中，这是一个试图杀死它们的危险环境。从黄蜂的角度来看，病毒就像装满了工具的包裹，用于解决这个最严峻的问题。
2023 年一项研究为这一观点提供了支持，该研究考察了 120 多个黄蜂、蚂蚁和蜜蜂物种的基因组。研究人员在这些基因组中搜寻了倾向于家化的病毒类型的迹象。他们通过检测在进化过程中保持功能状态的病毒基因来推断家化病毒的存在。如果这些基因没有帮助黄蜂生存或繁殖，就不太可能预期到它们的这种保留。
果然，非寄生性昆虫几乎没有家化病毒的证据。同样的情况也适用于寄生在宿主身体外部的寄生虫，那里的宿主免疫系统无法接触到它们。但在寄生在其他昆虫内部的寄生虫——称为内寄生虫——中，家化病毒似乎 更为普遍。
法国克劳德·伯纳德大学里昂 1 分校的进化生物学家 Julien Varaldi 是该研究的作者之一，他说：“病毒与这些内寄生虫之间存在着特殊的联系。这表明这些病毒在这种生活方式的演化中确实发挥着重要作用。”
而且，有数十万种黄蜂和无数种病毒，两者合作的机会非常多。Strand 说，这是一个“机会的演化沙盒”。
本文最初发表于 Knowable Magazine，这是一个独立的、来自《年鉴评论》的新闻报道。注册 时事通讯。
