Известный гриб поражает муравьев, превращая их в послушных зомби. Ученые обнаружили, что гриб проникает внутрь тела насекомого и поглощает его клетки, создавая на теле муравья своеобразную «мясную броню».
Грибной паразит: секреты зомби в нашем мире.
Этот феномен уже давно знаком науке, но ученые долго не могли понять, как именно паразитический гриб O. unilateralis действует как кукловод. Его называли «мозговым паразитом», однако исследование, опубликованное в феврале 2021 года в… Proceedings of the National Academy of SciencesОказалось, что мозг насекомого остается неповрежденным. Контроль над хозяином паразит осуществляет путем внедрения в мышечные волокна по всему телу. Зараженный муравей становится для гриба средством передвижения и «мясными доспехами», а часть клеток тканей муравья заменяется грибными.
Дэвид Хьюз, впервые обнаруживший гриб-паразит, начал масштабное исследование. В нём приняли участие энтомологи, генетики, программисты и нейробиологи из разных стран. Цель работы заключалась в изучении клеточных взаимодействий между паразитом и хозяином на критическом этапе жизненного цикла первого — когда муравей схватывает лист своими мандибулами.
Маридель Фредериксен, кандидат в докторанты Университета Базельского зоологического института, заявила, что гриб выделяет тканеспецифические метаболиты в организм муравья, вызывая изменения в экспрессии генов. Это приводит к атрофии мышц нижней челюсти муравья, чтобы тот никогда не смог разжать их и позволить своему телу упасть на землю — это вызвало бы преждевременную гибель хозяина или подвергло бы паразита лишнему риску. До начала работы ученые не знали, как именно гриб координирует свои действия для манипулирования организмом муравья.
Исследования и открытия
Ученые заразили муравьев-плотников O. unilateralis для исследования. Некоторые особи получили дозу менее опасного грибка Beauveria bassiana и стали контрольной группой. Сравнивая динамику заболевания от этих двух грибов, исследователи выделили специфические физиологические проявления деятельности O. unilateralis у муравьев.
Электронные микроскопы помогли группе создать трехмерную модель, показывающую расположение, количество и активность тканей грибов внутри тел насекомых. Для этого взяты образцы тканей размером всего 50 нм. Наблюдения проводились с помощью приборов, способных контролировать и обрабатывать изображение с частотой 2000 раз в сутки. Чтобы проанализировать большой объем данных, ученые использовали искусственный интеллект: алгоритм на основе глубокого обучения выделял различия в деятельности грибковых и муравьиных клеток. Это позволило исследователям увидеть на какой стадии заболевания ткани организма все еще принадлежали насекомому, а где уже преобразованы в грибок.
Результаты оказались необычайно интересными и тревожными. Клетки O. unilateralis распространились по всему телу муравья – от головы и грудной части до живота и ног. Более того, их взаимосвязь создала коллективную биологическую сеть, которая управляла поведением муравьев. Хьюз подчеркнул, что в конце цикла большая часть клеток в организме хозяина превратилась в клетки гриба – тот буквально сделал насекомое частью самого себя.
Самое удивительное заключалось в том, что мозговая ткань осталась нетронутой. Обычно поведение животных контролируется мозгом, передающим сигналы мышцам, но результаты исследования показывают, что паразит управляет поведением хозяина с помощью периферических систем. Как кукловод, тянущий за нитки, чтобы управлять движениями марионетки, грибок также контролирует мышцы муравья, манипулируя конечностями и мандибулами хозяина.
Может ли паразит влиять на мозг?
Неясно, как именно гриб заставляет муравья двигаться к определённому листу. Учёные считают, что целостность мозга — ключ к разгадке: гриб использует потенциал муравьиного мозга достаточно долго, чтобы тот остался жив и самостоятельно нашёл подходящую «площадку» для размножения паразита. Другая теория заключается в том, что гриб косвенно влияет на мозг, в частности на его сенсорные функции, чтобы управлять муравьями и направлять их в лес.
Гаймодо Чарисса де Беккер, энтомолог из Университета Центральной Флориды, не участвовавшая в последнем исследовании, считает, что проделанная работа подтверждает способность грибка управлять хозяином с помощью секреционных соединений, выполняющих роль нейромедиаторов. Такой вывод делается на основании данных, полученных при изучении грибкового генома.
Почему это так важно для нас? Понимание этого явления открывает множество возможностей. Прежде всего, это синтез новых биологически активных соединений, которые могут стать эффективными лекарствами. обратили вниманиеГриб Ophiocordyceps kimflemingiae демонстрирует активность генов в определенное время суток: одни гены проявляют активность днем, другие — ночью. Ночью гриб активизирует секрецию белков, которые могут взаимодействовать с мозгом хозяина, тем самым обеспечивая свое доминирование над его нервной деятельностью. Возможно, в будущем подобный коктейль из имплантов и нейромедиаторов позволит управлять мозгом человека и раскрыть все его тайны.