盐沼是被称为片足类动物的微小甲壳类动物的家园，它们保持低调：灰棕色的颜色有助于它们与周围环境融为一体，而且它们大部分时间都躲在植被下。但是，当片脚类动物感染了一种叫做吸虫的寄生蠕虫时，它们会变成亮橙色，并且在暴露时失去了寻找掩护的倾向。这种奇怪的行为使它们在捕食者和科学家面前脱颖而出。
布朗大学的生物学家研究片脚类动物已有大约十年的时间。该项目最初是与海洋生物实验室研究机构合作对学生进行的培训。随着时间的推移，随着分子遗传学、计算工具和生物医学技术的进步，教师和学生科学家对端足类动物和捕食它们的寄生蠕虫之间的关系有了意想不到的发现。
在《分子生态学》上发表的一项新研究中，布朗大学的研究人员对寄生虫操纵宿主的分子机制进行了详细分析，并解释了端足类动物的生物学发生了什么，导致它以如此独特的方式对寄生虫作出反应。。
“表征操纵的分子机制对于增进对宿主-寄生虫协同进化的理解非常重要，”该研究的作者、布朗大学自然史教授、生态学、进化和有机生物学系主任戴维·兰德(DavidRand)说。
兰德说，这些发现的相关性远远超出了盐沼的范围，特别是在考虑感染人类的某些病原体的情况下。
虽然食源性吸虫可以使人类患上重病，但它们不会产生相同类型的“僵尸”效应。兰德指出，端足类系统更接近于疟疾的例子，疟原虫是由作为中间宿主的蚊子携带的。研究表明，携带这种寄生虫的蚊子比未受感染的蚊子更容易被人类吸引。
兰德说：“这可能是寄生虫操纵中间宿主以确保其在宿主之间传播的一个例子。”“狂犬病可能是另一个相关的例子：它使受感染的个体‘疯狂’，因此他们咬伤他人并感染下一个宿主。了解这些宿主与寄生虫相互作用的分子机制对于如何总体管理病原体具有重要意义，人类。”
生物研究项目的演变
兰德说，吸虫与片足类动物的相互作用符合达尔文主义的观点，寄生虫操纵宿主以确保它们的传播，以便它们能够继续繁殖。它们是“谨慎的寄生虫”的一个例子，不会立即或永远杀死宿主，从而使寄生虫有时间繁殖或转移到另一个宿主。
片脚类动物的“僵尸”操纵方式在自然界中并非闻所未闻。然而，兰德说，人们对寄生蠕虫如何引起片脚类动物发生变化从而影响行为、外观和免疫功能的确切方式知之甚少。
在这项新研究中，科学家们利用RNA测序来鉴定其功能与宿主性状的三大变化相匹配的基因。他们发现吸虫感染会导致与色素沉着和外部刺激检测相关的端足类基因转录本的激活，以及与免疫反应有关的多个端足类基因转录本的抑制。
研究人员推测，抑制免疫基因以及改变与颜色和行为相关的基因表达可能会使寄生虫在片足类动物中持续存在，并进行进一步的生化操作，从而促进传播。
“受感染的片脚类动物成为掠食者的靶子，”兰德说。“这使得寄生虫能够扩散到更新、更大、更强大的宿主生物体中，并继续繁殖和传播它们的物种。”
在论文中，研究人员得出的结论是，他们报告的基因组工具和转录组分析为发现寄生虫如何改变构成或决定宿主变化的多种分子途径提供了新的机会。
该研究始于2013年，是一个合作项目，旨在让研究生对DNA和RNA进行测序，以解决生态学、进化和环境科学领域的问题。每年，一群布朗博士。学习生物学、应用数学和计算机科学等科目的学生将前往马萨诸塞州普拉姆岛河口的一个研究地点进行实地考察。虽然该网站出现了几个项目，但学生们始终对好奇的橙色片脚类动物感兴趣。
分子生态学研究是研究人员兴趣和努力的结晶，反映了学生在生物信息学和基因组分析等领域的技能如何随着时间的推移而提高。
兰德的实验室专注于果蝇，他说该项目不断更新新的基因组和转录数据，例如果蝇基因组的注释，因为果蝇的许多基因和突变可能与基因的变化相关。在片足类动物中表达。他说，这也有助于推动研究的进展。
兰德说，这种类型的研究说明了生物学研究已经取得了多大的进展。
“我们无法在盐沼中治愈人类疾病，”兰德说。“但是，与过去的生态学家仅限于通过筛选泥土来寻找自然奥秘的答案相比，我们现在可以利用分子、生物医学和计算资源来寻找问题的答案，然后我们可以将这些发现应用于以前看似没有联系的不同科学领域。”