寄生虫は自然界で最も巧妙なマニピュレーターの 1 つであり、寄生虫の専門の 1 つは宿主に無謀な自傷行為を行わせることです。 トキソプラズマ原虫があります 、ネズミを駆り立てて、ネズミを食べたがっている猫を探し、肝吸虫 Dicrocoelium dendriticum 、草の葉を登るようにアリを動機付け、おやつに飢えた牛や羊にそれらをさらします. Spinochordes tellinii があります 、ワームが繁殖に必要な水にアクセスできるように、コオロギを溺れさせます。ホストの自己犠牲は、寄生虫の隠された計画に役立つだけで、寄生虫が自分のライフサイクルを完了することを可能にします.
現在、研究者たちは、寄生虫の操作が、自殺行為ではなく無私無欲な宿主の行動を促進する可能性があるかどうかを調査し始めています.彼らは、動物が同種に対して示す多くの利他的行動の根本的な原因が微生物にあるのではないかと考えています。利他主義を倫理的または戦略的に正当化するのは簡単に思えるかもしれませんが、利他主義が適者生存の世界でどのように存続できたかを説明することは驚くほど難しく、ダーウィンにまでさかのぼる進化論者を困惑させてきました。腸やその他の組織内の微生物が、自分自身の利己的な理由で宿主を寛大に導くことができれば、利他主義はそれほど謎めいたものではなくなるかもしれません.
テルアビブ大学の 3 人の研究者による最近開発された数学的モデルと関連するコンピューター シミュレーションは、この理論を検証しているようです。研究者は、宿主の利他主義を促進する伝染性微生物が、そうでない微生物に対する生存競争に勝利したことを示しました。この研究は Nature Communications に掲載されました
オンタリオ州ハミルトンにあるマクマスター大学の生物学者であり、セント ジョセフ大学ブレインボディ インスティテュートの所長であるジョン ビーネンストックは、次のように述べています。シミュレーション作業に関与していないヘルスケア ハミルトン。 「バグ集団が行っていることの影響を無視することはできません。」
ダーウィンは、各世代で最も強くて適性のある個人が資源をコントロールして子孫を残す可能性が最も高いという理論を展開していたときでさえ、彼は利他主義が当惑するような挑戦であることを認識していました. 「より同情的で慈悲深い両親の子孫が…利己的で裏切り者の両親の子供よりも多く育てられるかどうかは非常に疑わしい」と彼はThe Descent of Manに書いた. .
ダーウィンは、個人の協力的な行動が彼らが属する集団に集団的優位性を与えるならば、利他主義は生き残るかもしれないという仮説を立てました。その後、グループ全体のフィットネスが上昇傾向にある可能性があり、より利己的なメンバーを含む他のグループを打ち負かすことができます。この進化の「グループ選択」モデルは、後の科学者によってさらに発展し、有力な博物学者コンラッド・ローレンツなどの強力な提唱者を見つけました。
しかし1960年代、ジョン・メイナード・スミスやジョージ・C・ウィリアムズなどの有力な進化理論家による研究は、利他的形質を進化の文脈で維持するのは難しいことを実証することで、グループの選択に打撃を与えました.利己的な個体は依然として自発的に出現し、より多くの子孫を残す傾向があり、種のより寛大なメンバーを排除し、利己主義の永続性を確保します.
生物学者のウィリアム・D・ハミルトンは、1964年にメイナード・スミスが親族選択と呼んだ戦略を発動することで、この問題に終止符を打ちました。ハミルトンは、有益な個人の行動が、利他的な個人自身の子孫の減少を補うのに十分な共有遺伝子を家族に伝えることができれば、利他主義は存続できると提案しました。この原則は、ハミルトンの法則 (C
ハミルトンの法則は、有名な社会性昆虫であるアリとミツバチの間で利他的行動が進化した理由を説明しています。一倍体遺伝学の特異性のために、メスの労働者は自分の子孫よりも多くの遺伝子を姉妹と共有しているため、コロニーの女王の母親がより多くの姉妹を産むのを助けるために自分の繁殖力を犠牲にすることは競争力のある意味があります.ただし、他の動物との関連性はより曖昧です。 (1930 年代に血族選択の初期の概念を研究した遺伝学者 J.B.S. Haldane は、人間として、2 人の兄弟または 8 人の従兄弟のために自分の命を捨てるだろうと冗談を言ったと言われています。)
親族選択は、利他主義を説明するために 1970 年代から進められてきた「包括的適応度」理論の一例です。グループ選択の形式を含む「マルチレベル選択」理論も復活し、ビンガムトン大学のデビッド・スローン・ウィルソンなどの生物学者によって支持されましたが、依然として論争の的となっています.
それでも、利他主義に関しては、「多くの説明がありますが、それは謎のように聞こえます」と、テルアビブ大学の進化生物学者でありプログラマーであるオハッド・ルーウィン・エプスタインは述べています. Lilach Hadany の生物学研究室の学生として、彼は集団のメンバー間の協力が新しい形質の進化にどのように影響するかについての研究に参加しました。チームは、協力の進化に関する古典的な説明がすべてではないと感じるようになりました。特に、Hadany と Lewin-Epstein は、IBM Research から大学を訪れたコンピューター科学者 Ranit Aharonov とともに、微生物が宿主を操作して、他の人を助けるように促すことができるかどうか疑問に思いました.
テルアビブの研究者たちは、しばらくの間議論されていたアイデアに文脈を与え、焦点を当てたいと考えていました。伝染性の「ピギーバック」要因は利他主義を促進するのでしょうか? 2013 年、当時チューリッヒ大学の生物学者だった Sorcha Mc Ginty と彼女の同僚は、プラスミド (ある細菌から別の細菌に移動する遺伝子) が細菌群集内の協力の進化を促進するのに役立つことを示すコンピューター モデルを作成しました。 2015年、パリデカルト大学のグループは、バクテリアが特定のプラスミドを交換すると、そのプラスミドがレシピエントバクテリアを遺伝情報で再プログラムし、共通善に貢献することを強制することを実験的に実証しました.細菌は周囲の抗生物質を破壊するタンパク質を分泌します。これは、細菌群集全体を保護する戦略です。 Lewin-Epstein と Hadany にとって、このような結果は、複雑な宿主間を移動する微生物や寄生虫が同様に協力を促進する可能性があるかどうかという問題を提起しました.
この問題を詳細に調査するために、テルアビブのグループは、数百世代 (場合によっては数千世代) にわたる集団のメンバー間の相互作用を分析する数学モデルとコンピューター シミュレーションの両方を作成しました。このモデルは、利他的なメンバーが他の人と交流するときにフィットネス コストが発生する一方で、利他的な行為の受信者は利益を受けると想定していました。 Lewin-Epstein 氏によると、この研究で使用されている利他主義の定義は広く、贈与者が負担する費用は、軽微なものから高度な自己犠牲までさまざまです。
次に、研究者は、シミュレーションで 2 種類の仮想微生物を互いに戦わせました。 1 つの微生物は宿主の利他主義を促進しましたが、2 番目の微生物はそうではありませんでした。各世代において、個体は、両方のタイプの微生物が宿主から宿主へと受け継がれるような方法で相互作用し、その後、各個体の微生物がその子孫に伝達されました。何世代にもわたって、宿主の利他主義を助長した微生物は、ある宿主から別の宿主に受け継がれ、その後親から子に受け継がれたときに、ライバルを打ち負かしました.これは、「利他主義」微生物の個体数が最初は非常に少なかった場合でも当てはまりました。利他主義の微生物の受容者は、別の宿主の寛大さから恩恵を受けているという点で、より健康的でした。つまり、同じ微生物を運ぶ子孫を生み出す可能性が高くなりました.
シミュレーションの終わりまでに、宿主集団はほとんどが利他主義を促進する微生物を保有する個人で構成されていました.いくつかのシナリオでは、宿主の100％が最終的に微生物に感染していました.その結果、集団内で利他的行動が持続的に表現されるようになりました。互恵を拒否する利己的なホストが混在している場合でも、安定したレベルの利他主義が持続しました。数学的モデルとシミュレーションはまた、微生物によって伝達される利他主義が、遺伝的起源を持つ無私無欲よりも最終的に宿主集団内でより安定することを示しました.
「以前の作品は、ホストの視点からのみ利他主義を考慮していました」と Hadany 氏は述べています。 「ある状況下での利他主義の進化を古典的なモデルで説明できるのに対し、これはより広い条件下での利他主義の進化を説明することができます。」カリフォルニア大学バークレー校の進化生物学者で、腸内微生物叢を研究している Andrew Moeller は、この発見はさらなる研究に値すると述べた。 「微生物は動物宿主の行動に影響を与える可能性があるため、微生物が利他的な行動を促進する可能性はありません。」
いくつかの研究では、微生物が宿主の脳機能と社会的行動を制御する手段を探っています。たとえば、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の生物学者である Elaine Hsiao は最近、健康な結腸内の微生物が腸細胞を駆動して神経伝達物質のセロトニンを生成し、それが血液中を循環することを観察しました。セロトニンは腸の筋肉の緊張に影響を与えますが、プロザックのような薬が作用して不安や抑うつの症状を緩和する神経伝達物質でもあります.
また、さまざまな動物研究によると、腸内細菌叢は、宿主の社会的相互作用を変化させる方法で神経および内分泌機能を変化させます。マクマスター大学での 2014 年の研究で、動物行動学の学生である Isvarya Venu は、ショウジョウバエの幼虫が腸内のバクテリアによって放出された空気中の化学物質に引き付けられることを発見しました。魅力的な香りが幼虫を互いに引き寄せる可能性があります。 (この操作は、細菌を新しい潜在的な宿主に近づけることで、細菌に利益をもたらす可能性があります.その場合、まだ証明されていませんが、微生物が生成する化合物が、寛大な衝動を生み出す神経プロセスに影響を与える可能性があります.
Nature Communications で提起された別の質問 論文は、利他主義を促進する微生物の存在が、微生物とその宿主との間の進化的軍拡競争を開始できるかどうかです。結局のところ、微生物による操作に抵抗することは、宿主にとって最善の利益になるかもしれません。そのような抵抗は、宿主がより多くのリソースを保持できることを意味し、生存の可能性を高めます. 「宿主が微生物の操作に抵抗する突然変異を持っている場合、宿主は利他的に行動し始める可能性があります」と Hadany 氏は述べています。
しかし、微生物は宿主を操作する新しい方法を見つけることによって、あるいはそれらとウィンウィンの契約を結ぶことによって、対応することができると彼女は付け加えた。ホストにもメリットがあります。」しかし、どちらがより多くの利益をもたらすかに関係なく、微生物は通常、1 つの主要な領域で宿主に対して優位に立っている、と彼女は言いました。
Hadany と Lewin-Epstein の理論が支持されれば、腸内微生物に影響を与える医療介入へのアプローチ方法に大きな影響を与える可能性があります。微生物が利他主義などの社会的行動に影響を与える場合、抗生物質やプロバイオティクスの摂取など、微生物のバランスを変えることを行うと、通常の行動の一部である操作を弱めたり強化したりすることで、お互いの扱い方が変わる可能性があります.たとえば、被験者の 1 つのグループに大量の抗生物質を投与し、別のグループを治療せずに放置した場合、どうなるでしょうか?微生物マニピュレーターを排除した治療グループは、未治療グループよりも利己的に行動するでしょうか?
初期の実験結果は、抗生物質の使用と社会的行動との間に少なくとも何らかの関係があることを示しています。 Bienenstock がマウスを子宮内および出生直後に低用量の抗生物質に暴露したところ、処置されたマウスは対照群のマウスよりも低いレベルの社交性と高いレベルの攻撃性を示しました - Bienenstock は 2017 年 4 月に結果を報告しました。因果関係を確認すると、Bienenstock は指摘した。なぜなら、結果は、抗生物質が脳に直接影響を与えているか、または発生に及ぼす可能性のある他の影響によるものである可能性があるからである.しかし、「これは、脳が必要とする物質を生産している腸内細菌への影響である可能性が非常に高い」とビーネンストック氏は述べた.これらの生物学的構成要素が不足すると、脳の通常の社会的プログラムが最適に機能しなくなり、少なくとも理論的には、利己的な個人が増える可能性があると彼は信じています.
しかし、ビーネンストックと彼の同僚は、抗生物質の使用がマウスの社会的知識にどのように影響するかを調べてきましたが、抗生物質が利他的行動にどのように具体的に影響するかを評価していません.テルアビブ大学の行動生態学者である Arnon Lotem は、論理的な次のステップの 1 つは、抗生物質を投与された動物がより高いレベルの支援行動を示すか、またはより低いレベルの支援行動を示すかを評価する実験を作成することであると述べています。 (Lotem は、Lewin-Epstein と Hadany の研究には関与していません。) この研究は、さまざまな年齢層の被験者を対象に実施され、潜在的な「利己主義効果」が人生の特定の段階で最も強いかどうかを判断することができます。 「何も起こらないかもしれません。それは良いアイデアとして終わり、正しくないことが判明するだけです」と Lotem 氏は言います。しかし、もしその理論が正しければ、「それは驚くべきことだ」と彼は付け加えた.
ハダニーと彼女の同僚は、抗生物質が社会性昆虫の行動にどのように影響するかを評価することにより、研究室で彼らの理論をテストしている最中です。 「私たちのモデルの一般的な予測は、マイクロバイオームを劇的に変化させる治療が利他的行動の傾向を低下させる可能性があるということです」と Hadany 氏は述べています。彼女はまた、微生物の種間伝染 (たとえば、犬から人間、またはその逆) が種間利他主義に影響を与える可能性があると推測しています。これは、動物モデルを使用してテストできる別の予測です。
他者との関わり方に関する私たちの基本的な決定が目に見えない微生物群集によって導かれている場合、将来の発見は寛大さの理解に深みと複雑さを加えるでしょう. Bienenstock は、宿主の行動に対する微生物の影響の存在を証明することは、私たちが思考や行動を制御しているという基本的な仮定を覆す可能性があると指摘しています. 「それぞれの単一生物は、バクテリア、ウイルスなどと関連しています」と彼は言いました。 「ホストを見ずに利他主義を見ることはできません。」 Hadany は、彼女の研究が彼女の自由意志の概念を変えたと言いました。 「何らかの行動 — 私は今、『それは私なのか、それとも私の微生物なのか?』と考えています。」
