疾病免疫、肢體再生，蟑螂為何如此無敵？

中國研究者破譯了這種著名害蟲的完整DNA序列，並揭示了它們的一些進化秘密。

美洲大蠊；供圖：李勝

作者 | Jason Socrates Bardi

來源 | AIP InsideScience

在城市的邊緣地帶，有些生物活得比其他生物更興旺。褐鼠、郊狼、加拿大鵝、北方浣熊等，因為比較適應在人類文明影響下的覓食或捕獵，其生存範圍和種群數量都得到極大擴張。但是，要論其中翹楚，恐怕沒有哪個比蟑螂更成功。

很多人會對蟑螂感到不適——它們扁平的身軀，四處扭動的觸角，對於污穢的沉溺，對哮喘病的引發，以及對各種疾病的傳播，還有在我們打開廚房燈時四處逃竄的情景，都讓人心裡發毛。

但它們強大的生存能力確實讓人印象深刻。普通美洲大蠊（American cockroach）能抵禦各種病原體和殺蟲劑，對多種毒素免疫，可以在極其骯髒的環境中茁壯成長，即便有肢體斷掉，也能迅速再生。同時，比起它們的昆蟲同類，蟑螂可以說具有超長壽命——一生可達700天。它們的繁殖能力同樣驚人，在全世界各地的廚房中，蟑螂都成功地與人類一同生活下來，雖然人類一直在嘗試用各種方法碾碎它們。

所向披靡的蟑螂；圖片來自網路

蟑螂為何會進化得如此成功、如此無敵？最近，中國的一組研究人員成功破譯了美洲大蠊的全部DNA基因組，通過分析，揭示出一些蟑螂得以進化得如此成功的秘密。從分析結果來看，這些美洲大蠊的基因組數據極其巨大，並且還擴展出了大量專門用於免疫、化學感應和解毒的基因序列。

「我們發現了蟑螂基因種類的顯著擴展，它們可能與其進化過程相關」，論文作者之一，來自中國科學院上海昆蟲發育與進化生物學重點實驗室的詹帥在一封給Inside Science的郵件中寫道。

美洲大蠊並非美洲本土生物

美洲大蠊其實是土生土長的非洲動物，在16世紀時才傳入新大陸。科學家們一直在思考，這些昆蟲是如何從溫暖潮濕的環境出發，逐步適應全球的各種氣候的。

事實證明，美洲大蠊擁有比絕大多數昆蟲更多的DNA序列，僅次于飛蝗。擁有著33億個DNA鹼基對的蟑螂，其基因組與人類基因組的規模相當。但是，能讓蟑螂如此成功的秘訣，似乎潛藏於掌管著特殊生理機能的擴展基因群組上。

像許多其他昆蟲一樣，蟑螂擁有各種「化學感應」蛋白，來幫助它們感受周圍的世界。與美洲大蠊親緣關係較近的白蟻，也擁有很多相同的蛋白質，通過這些蛋白對環境中化學物質的感應，它們可以區分面前的是敵害還是同伴，是底層工蟻還是巢中的蟻后。

擁有很多和美洲大蠊相同蛋白質的白蟻；圖片來自網路

不過，對於美洲大蠊而言，這些化學感受器似乎在它們尋找食物時發揮重大作用，通過這些感應蛋白，它們能快速區分面前的東西到底能不能吃。具體來說，美洲大蠊擁有154種不同的嗅覺或氣味受體基因，這個數字是其他蟑螂或白蟻的兩倍。它們還擁有522種味覺感受器——這比其他任何昆蟲都要多得多——來幫助它們辨別食物，避免吃下有毒的東西。

「這些擴展的基因種類，或許能增加它們對氣味與味道的敏感度，以適應複雜的環境」，詹帥在郵件中說道。

作為昆蟲世界中的超級美食家，蟑螂可以享用的食物幾乎無處不在。根據世界衛生組織的說法，它們可以喝牛奶，吃乳酪，吃肉，也喜歡巧克力，還特別喜歡糖與澱粉。同時，它們也啃食紙板、書籍、鞋底、自己蛻掉的皮、死掉或瀕死的同類，以及熟睡中嬰兒的指甲。

在污穢中百毒不侵，茁壯成長

新的基因組表明，美洲大蠊具有一種被稱作「P450s」的增殖酶，可以降解複雜的有機分子。在今年早些時候破譯的另一種蟑螂——德國小蠊（German cockroach）的基因組中，研究人員也發現大量這種酶。

德國小蠊，也是一種分布廣泛的蟑螂；圖片來自網路

「顯然，對於這兩種昆蟲而言，這種酶可以讓它們有效抵抗農藥」，德國明斯特大學的教授埃里克·波恩貝克·鮑爾（Erich Bornberg-Bauer）說道。他是分析德國小蠊基因組的科研團隊的領導者，但沒有參與對美洲大蠊的這項最新研究。

美洲大蠊的另一個重要特徵是具有極強的抵抗疾病的能力。新的基因組數據顯示，美洲大蠊有一組被稱作「托爾基因（Toll genes）」的擴展基因，這不僅賦予了它們強大的先天免疫能力，還賦予其合成和分泌多種抗菌肽分子的能力。

「它們的生存環境極不衛生」，波恩貝克·鮑爾說。「擁有強大的免疫系統有助於它們抵禦潛在的敵害，比如細菌。」

不過，根據世界衛生組織的說法，這並沒有阻止美洲大蠊通過自身來傳播疾病和傳染病——比如腹瀉、痢疾、傷寒與霍亂等。

儘管如此，了解美洲大蠊與其近親德國小蠊的基因組，或能幫助我們找到控制這些害蟲數量的新方法。

「了解兩種蟑螂的基因組肯定比只了解一種要好。我們會在今後的研究中繼續對這兩者進行比較」， 波恩貝克·鮑爾說。

按照當前的分析，「托爾基因」在幫助美洲大蠊抵禦疾病的同時，可能在延長這種蟑螂的壽命中同樣起了重要作用，而且，它還可能與其肢體的再生能力有關。

蟑螂的這種肢體再生能力，或有助於解釋一種有著2000多年歷史的中藥的作用機理。這種中藥的配方中含有蟑螂的提取物。目前，這種中藥被冠以「康復新液」的名字出售，用來促進傷口癒合與組織修復。根據詹帥的說法，這項新的研究可能有助於闡明這種藥物的作用機理，並啟發新藥物的研發。

中藥「康復新液」的配方；圖片來自網路

詹帥在給Inside Science網站的郵件中寫道：「基因組分析和功能基因組分析將有助於我們了解美洲大蠊的超強生命力和再生能力。」

https://www.insidescience.org/news/consider-cockroach

美國物理聯合會（AIP/American Institute of Physics）--InsideScience專欄獨家供稿

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