动物利用社会距离来避免疾病

2020-07-09 19:25:49

尽管人们可能觉得社交疏远是不自然的,但它在很大程度上是自然界的一部分,哺乳动物、鱼类、昆虫和鸟类都在实践。

群居动物会分开,改变行为,比如梳理毛发,以阻止可能会杀死它们的疾病的传播。

策略各不相同,从避开生病的动物到只与最亲近的亲戚保持互动。

在佛罗里达群岛的一个浅礁上,一只年轻的加勒比海带刺龙虾从一夜的觅食美味的软体动物归来,进入了它狭窄的洞穴。龙虾通常共享这些岩石缝隙,今晚又有一只新的龙虾游荡进来。不过,这位新来的人有些地方不太对劲。它尿液中的化学物质闻起来不一样。这些物质是当龙虾感染一种名为Panulirus Argus病毒1型的传染性病毒时产生的,而健康归来的龙虾似乎受到了惊吓。虽然很难找到一个像这样的巢穴,保护它免受捕食者的伤害,但这只年轻的动物却退缩到开阔的水域,远离致命的病毒。

在野外和实验室实验中都能看到龙虾对疾病的反应,这是我们今年非常熟悉的一种反应:社交距离。人们与家人和朋友的密切互动已被切断,以减少新冠肺炎的传播。这是非常艰难的。许多人质疑这样做的必要性。然而,尽管我们可能觉得这很不自然,但社会疏远在很大程度上是自然界的一部分。除了龙虾,各种动物,如猴子、鱼、昆虫和鸟类,都会发现自己并与其物种中患病的成员保持距离。

这种行为很常见,因为它有助于群居动物生存。虽然群居使动物更容易捕捉猎物、保暖和躲避捕食者,但这也会导致传染性疾病的爆发。(只要问问任何有孩子在日托中心的人类父母就知道了。)。这种高风险有利于帮助动物避免感染的行为的进化。在疫情爆发期间保持社会距离的动物是最有可能存活下来的动物。这反过来又增加了它们生育后代的机会,这些后代在面对疾病时也会练习社交距离。这些行为就是像我们这样的疾病生态学家所说的“行为免疫”。野生动物没有疫苗,但它们可以通过它们的生活和行为来预防疾病。

不过,通过行为获得豁免权确实是有代价的。与你种族中的其他成员保持社交距离,即使是暂时的,也意味着错失了最初有利于社交生活的众多好处。出于这个原因,研究人员了解到,完全回避只是动物采取的一种方法。例如,一些社会物种在成员被感染时会留在一起,但会改变某些梳毛的互动,而其他一些物种,如蚂蚁,会限制在群体中扮演特定角色的个体之间的接触,所有这些都是为了降低感染的风险。

刺龙虾检测和避免受感染群体的能力一直是它们在面对Panulirus Argus病毒1时坚持的关键,Panulirus Argus病毒1杀死了它感染的龙虾幼体的一半以上。小龙虾很容易受到病毒的攻击,因为它们非常善于群居,有时会以多达20人为一组。海绵、珊瑚或海底岩石缝隙中的安全住所--以及大量咬住的爪子--有助于这群生物抵御饥饿的捕食者,比如扳鱼。然而,在本世纪初,佛罗里达大学的研究人员唐·贝林格和他的同事们注意到,一些小龙虾独自禁食,尽管这会让它们变得脆弱。研究人员发现,这些孤独的龙虾中的大多数都感染了这种传染性病毒。科学家们怀疑,这些龙虾并没有选择单独栖息:它们被避开了。为了证实他们的预感,研究人员将几只龙虾放入水族箱,让健康的甲壳类动物选择一个空的人工巢穴,或者选择一个由健康或患病同胞占据的巢穴。在2006年“自然”杂志的一篇文章中,科学家们报告说,当没有疾病时,健康的龙虾更喜欢群居,选择有健康龙虾的洞穴,而不是空洞的龙虾。龙虾强烈地避开了含有病毒感染的龙虾的巢穴,尽管这意味着它们必须独自行动。

在2013年发表在“海洋生态学进展系列”上的一项后续研究中,贝林格和他的同事约书亚·安德森(Joshua Anderson)表明,健康的龙虾通过嗅觉测试来发现患病龙虾。结果发现,受感染的龙虾的尿液中含有化学物质,这些化学物质对健康的群体成员来说是一个危险信号。当科学家们使用“疯狂胶水”来阻断受感染龙虾的尿液释放器官时,健康的动物不再躲避生病的龙虾。

当龙虾检测到受感染的动物时,它们愿意冒相当大的风险来保持没有疾病。当老道明大学(Old Dominion University)的马克·巴特勒(Mark Butler)和他的同事们将一只生病的龙虾拴在佛罗里达群岛健康龙虾的家园时,他们发现,健康的动物往往会放弃安全的避风港,前往开阔的水域,在那里它们被吃掉的风险要高得多。当巴特勒的团队用一只被拴住的健康龙虾重复这项实验时,没有出现大规模的外流。在他们发表在2015年《公共科学图书馆·综合》(PLOS One)上的研究中,科学家们使用数学模型表明,避免虽然不是没有代价,但可以防止病毒爆发,否则会摧毁龙虾种群。

龙虾远不是唯一发现社交距离带来的好处有时大于代价的动物。事实上,其他一些生物已经开发出通过战略性地练习社交距离来提高回报的方法,以保护他们群体中最有价值或最脆弱的人。最令人印象深刻的例子出现在群居昆虫中,群居的不同成员扮演着不同的角色,影响着群居的生存。

在英国布里斯托尔大学(University Of Bristol)的纳塔莉·斯特罗伊梅特(Nathalie Stroeymeyt)领导的研究中,研究人员使用微型数字标签追踪致命真菌绿僵菌(Metarhizium Brunneum)爆发期间普通花园蚂蚁群体的活动。这项研究发表在2018年的《科学》(Science)杂志上。这种真菌的孢子通过身体接触从蚂蚁传给蚂蚁;孢子需要一到两天的时间才能穿透蚂蚁的身体并导致疾病,这通常是致命的。暴露和患病之间的延迟让Stroeymeyt和她的同事们可以观察到,在蚂蚁首次在其群体中检测到真菌孢子后,但在暴露于真菌的蚂蚁显示出患病迹象之前的24小时内,蚂蚁是否改变了它们的社会行为。

为了测量蚂蚁在疾病首次入侵它们的蚁群时的反应,研究人员将真菌孢子直接应用到定期离开蚁群的觅食蚂蚁的子集上。觅食者最有可能在外出寻找食物时无意中遇到真菌孢子,所以这种方法模仿了这种真菌引入的自然方式。然后,将11个经真菌处理的蚂蚁群体的行为反应与相同数量的对照群体进行比较,在对照群体中,觅食者被涂上无害的无菌溶液。暴露在真菌群中的蚂蚁在治疗后开始快速和战略性的社会距离。在24小时内,与对照组相比,这些觅食蚂蚁离开蚁群的时间更长,从而自我隔离。

在接受真菌处理的蚁群中,健康的蚂蚁也强烈减少了它们的社会互动,但它们这样做的方式取决于它们的角色。未受感染的觅食者与其他可能携带疾病的觅食者频繁互动,当疾病出现时,它们与群体保持距离。这可以防止它们在不经意间将具有繁殖价值的群体成员(女王和照顾幼崽的“护士”)置于危险之中。护士们也采取了行动,一旦在群体中检测到真菌,就会将幼崽移到巢穴内更远的地方,远离觅食者。目前尚不清楚蚂蚁用来检测真菌暴露并迅速做出反应的线索,但这种战略性的社会距离是如此有效,以至于所有来自研究群体的女王和大多数护士在实验爆发结束时都还活着。

园艺蚂蚁保护其群体中最有价值的成员,但一些鸟类使用不同的策略,可能是由它们自身的免疫反应和对感染的抵抗力所引导的。Maxine Zylberberg和她的同事将家雀放在相邻的三个笼子里。每只中心鸟的两侧都有一只健康的雀,另一边是一只看起来生病的雀。(它接受了注射,这让它表现得昏昏欲睡。)。通过观察中心鸟在笼子两边停留的时间,研究人员表明,雀类通常会避开看似生病的鸟类,但回避的程度会因自身免疫系统的力量而异。血液中抗体和另一种可能发出更广泛免疫激活信号的蛋白质水平较高的鸟类表现出较少的厌恶情绪。但研究人员在2013年的“生物学快报”(Biology Letters)上报道,免疫力较弱的鸟类最能避免生病的鸟类。

在受到一种传染性和致衰性蠕虫c的影响的孔雀鱼中也发现了类似的模式。

战略性的社会距离有时意味着即使会增加疾病风险,也要保持一定的社会关系。山楂是一种高度社会性的灵长类动物,有着令人惊叹的五颜六色的脸,说明了这种方法。这种物种可以在赤道非洲的热带雨林中找到,成群的个体有几十到几百个。团体通常由经常相互梳理的大家庭成员组成;梳妆可以改善卫生,巩固社会纽带。但克莱门斯·波罗特(Clémence Poirotte)和他的同事们在2017年发表在《科学进展》(Science Advance)上的一份报告中指出,他们调整自己的打扮行为,特别是为了避免传染队友。科学家们在加蓬的一个公园里观察了自由放养的山楂的日常梳理互动,并定期收集粪便样本,以了解哪些动物感染了严重的肠道寄生虫。其他人则积极避免为这些人梳理毛发。山楂仅凭嗅觉就可以检测感染状态:展示在粪便中摩擦两根竹杆的山楂,强烈地避免了用另一只含有大量寄生虫的山楂的粪便摩擦的茎秆。

然而,面对传染,山楂有时会放弃社交距离。在同样由波罗特领导的后续研究中,山楂钻继续培养某些寄生虫水平较高的近亲,即使与其他被寄生的群体成员保持距离也是如此。在2020年发表在“生物学快报”(Biology Letters)上的文章中,研究人员表示,和人类一样,与某些亲属保持强大而无条件的联盟对非人类灵长类动物也有许多长期好处。在山训中,社会关系最强的雌性开始繁殖的时间更早,而且一生中可能会有更多的后代。这种与维持某些社会关系相关的进化收益可能值得冒潜在感染的风险。

一些群居动物的社会关系可能非常关键,以至于永远不会支持回避,即使群居成员明显生病了。例如,由邦妮·M·费尔班克斯(Bonnie M.Fairbank)领导并于2015年发表在《行为生态学和社会生物学》(Behavional Ecology And Social Biiology)上的研究表明,环志猫鼬不会避开群体成员,即使它们表现出明显的疾病迹象。斑点猫鼬是一种原产于撒哈拉以南非洲的高度社会化物种,生活在多达40名家庭成员和非亲属组成的稳定群体中。团队成员通过相互靠着休息并以交换的方式轮流为彼此梳妆来进行密切的身体互动。

这篇论文的另一位作者、弗吉尼亚理工大学的凯瑟琳·A·亚历山大(Kathleen A.Alexander)首先指出,在她位于博茨瓦纳的研究区域,许多猫鼬明显患有一种新型结核病,需要几个月的时间才能杀死它们。费尔班克斯随后花了几个月的时间密切跟踪6名受这种疾病影响的部队,观察部队成员之间的所有社交活动。令人惊讶的是,健康的猫鼬继续与明显患病的队员进行密切的互动。事实上,他们训练它们的程度与培养健康队友的程度相同,尽管生病的猫鼬不太可能回报。在物种中,与生病的群体成员保持距离可能是不可持续的,因为在这些物种中,与其他个体密切合作进行狩猎和防御可以决定生死。

像其他动物一样,人类在传染病方面有很长的进化史。我们自身的许多行为免疫形式,比如在肮脏或拥挤的环境中产生的厌恶感,很可能就是这段历史的结果。但是,现代人与其他动物不同,当瘟疫来到我们的家门口时,他们有很多优势。例如,我们现在可以瞬间在全球范围内传播疾病威胁。这种能力使我们能够在疾病出现在我们当地社区之前建立社会距离-这一策略拯救了许多人的生命。我们拥有先进的数字交流平台,从电子邮件到群组视频聊天,这些平台让我们在保持社交联系的同时保持物理距离。其他动物会失去与实际距离的社会联系。但也许人类最大的优势是有能力开发复杂的非行为工具,如疫苗,在不需要代价高昂的行为改变的情况下预防疾病。接种疫苗使我们能够保持丰富、互动的社会生活,尽管脊髓灰质炎和麻疹等传染性疾病本来会肆虐我们。

然而,当谈到阻止像新冠肺炎这样的新疾病时,我们的处境与其他动物大致相同。在这里,就像在自然界中一样,在疫苗或治疗方法被开发出来之前,社交疏远等久经考验的行为是我们最好的工具。但就像其他动物一样,我们必须对此采取策略。就像螳螂和蚂蚁一样,我们可以保持最基本的社会互动,并与那些最脆弱的人和我们可能意外感染的人保持最远的距离。刺龙虾对抗食腐动物的成功

避免寄生虫的生态和进化后果。J·C·巴克、S·B·温斯坦和H·S·杨,“生态学和进化的趋势”,第33卷,第8期,第619-632页;2018年8月。