Гриб-манипулятор строит внутри муравья-зомби трехмерную сеть • Александр Храмов • Новости науки на «Элементах» • Биология
Американские биологи выяснили, что паразитический гриб кордицепс однобокий, превращающий муравьев-древоточцев в послушных зомби, образует внутри их тела трехмерную сеть. Эта сеть оплетает все внутренние органы муравья, включая отдельные мышечные волокна, однако не заходит в мозг. Получается, для сложного манипулирования поведением хозяина паразиту совершенно не обязательно проникать в его центральную нервную систему.
Энтомопатогенный гриб-аскомицет кордицепс однобокий (Ophiocordyceps unilateralis), который развивается в муравьях-древоточцах (Camponotus), служит ярким примером примитивного паразита, подчиняющего своим нуждам высокоорганизованное существо. Спустя 2–3 недели после попадания в организм муравья гриб заставляет его покинуть гнездо, вцепиться челюстями в жилку на нижней стороне какого-нибудь листка и затем умереть в такой позе (рис.
2). При этом муравей-зомби по наущению гриба выбирает строго определенное место для своей смерти: на северной стороне растения на высоте 20–30 см над землей. Именно там влажность и температура оптимальны для развития спор в плодовом теле, которое вырастает из головы умершего насекомого (см. S. Andersen et al., 2009. The life of a dead ant: the expression of an adaptive extended phenotype).
До сих пор остается загадкой, как грибу удается взять муравья под свой контроль. Чтобы пролить свет на эту проблему, группа американских ученых из Университета штата Пенсильвания (Юниверсити-Парк) и Университета Нотр-Дам (Саут-Бенд, Индиана) решила в деталях выяснить, что же происходит внутри зараженного насекомого. Исследователи сделали несколько тысяч срезов тканей, извлеченных из разных отделов тела муравья и замороженных в жидком азоте. Шаг между срезами составлял всего 50–100 нм, каждый срез был сфотографирован под сканирующим электронным микроскопом. Используя технологию машинного обучения (она применяется, например, в системах автоматического распознавания лиц), ученые создали алгоритм, который самостоятельно отличал грибные клетки от клеток муравья и подсчитывал их.
Аналогичным образом были изучены и муравьи-древоточцы, зараженные грибом боверия бассиана (Beauveria bassiana). Этот гриб относится к тому же порядку гипокрейных, что и гриб-манипулятор O. unilateralis, но, в отличие от него, не видоизменяет поведение хозяина специальным образом. На примере боверии ученые попытались понять, как ведет себя в муравье обычный энтомопатогенный гриб, чтобы при работе с O. unilateralis не спутать общие синдромы грибного заражения с эффектами, связанными с манипуляторным воздействием.
Выяснилось, что клетки и того и другого гриба присутствуют в мышцах головы и конечностей муравья (рис. 3), а также в груди и брюшке. Единственное отличие состоит в их концентрации — клетки гриба-манипулятора
Но в обоих случаях гриб вызывает мышечную атрофию — у зараженного муравья формируются зазоры между мышечными волокнами. В ряде случаев грибные гифы прорастают сквозь мембрану прямо внутрь мышечного волокна.Ранее ученые предполагали, что гриб O. unilateralis специально провоцирует атрофию челюстных мышц муравья, чтобы тот не мог разжать свою смертельную хватку и умер от истощения (см. D. P. Hughes et al., 2011. Behavioral mechanisms and morphological symptoms of zombie ants dying from fungal infection). Но теперь ясно, что такая атрофия является лишь побочным эффектом жизнедеятельности паразита. Мышцы насекомого представляют особую ценность для любого паразитического гриба как источник энергии — вспомним, как много в них располагается митохондрий. Поэтому неудивительно, что клетки O. unilateralis в большом количестве сосредоточены именно в челюстных мышцах муравья, которые являются самыми массивными в его организме (рис. 4).
Несмотря на общее сходство в расположении грибных клеток, гриб-манипулятор O.
unilateralis, в отличие от B. bassiana, выстраивает из них трехмерную сеть. Примерно 59% всех гифальных телец этого гриба соединены нитями-гифами по крайне мере с одним из своих соседей. В результате гифальные тельца (внешне они похожи на дрожжевые клетки и размножаются почкованием) могут координировать свою активность, обмениваться питательными веществами и синхронно выделять в окружающие ткани особые соединения. Не в этом ли согласованном поведении грибных клеток и кроется секрет его манипулятивного воздействия?
Получается, гриб устроен не так уж и просто: он выстраивает в дополнение к нервной системе хозяина параллельную клеточную сеть, которая на химическом уровне контролирует каждый уголок его организма. Пока нельзя сказать, за счет каких именно веществ это происходит. Известно, что среди соединений, секретируемых грибом O. unilateralis, имеются спирт сфингозин и гуанидиномасляная кислота, которая вызывает у млекопитающих припадки и конвульсии (см. C. de Bekker et al.
, 2014. Species-specific ant brain manipulation by a specialized fungal parasite). Впрочем, муравьи, которым искусственно вводились данные вещества, не демонстрировали отклонений в поведении — так что наверняка зомбирующий грибной «коктейль» не исчерпывается этими двумя ингредиентами.
Интересно, что гриб-манипулятор работает настолько изощренно, что ему не приходится внедряться в центральную нервную систему своей жертвы. Во всяком случае, несмотря на то, что головная капсула муравья буквально набита гифальными тельцами, ученые обнаружили, что в сам мозг гриб не проникает. Другие паразиты действуют более «топорно». Например, один из видов печеночных сосальщиков — Dicrocoelium hospes — внедряется в антеннальные доли головного мозга муравьев, а другой вид — ланцетовидная двуустка (Dicrocoelium dendriticum) — проникает в подглоточный ганглий их брюшной нервной цепочки, где находятся нейроны, управляющие движениями челюстей. Благодаря этому черви заставляют муравьев забираться вверх по травинкам и вцепляться в них, дожидаясь пасущегося рогатого скота — окончательного хозяина паразита (см.
T. Romig et al., 1980. Cerebral larvae in the second intermediate host of
Фактически, гриб O. unilateralis изменяет поведение муравьев схожим образом, но находясь на периферии их тела. В этом отношении кордицепс однобокий отличается и от самого знаменитого паразита-манипулятора — токсоплазмы. Под действием этих простейших грызуны перестают бояться кошек и, более того, начинают испытывать сексуальное возбуждение от запаха их мочи (см. P. K. House et al., 2011. Predator сat odors activate sexual arousal pathways in brains of Toxoplasma gondii infected rats). В итоге резко увеличивается вероятность встречи таких грызунов с кошкой — окончательным хозяином токсоплазмы. Но, опять же, токсоплазма воздействует на поведение грызуна, внедряясь в гиппокамп и миндалевидные тела в его мозгу (см. J. Gatkowska et al., 2012. Behavioral changes in mice caused by Toxoplasma gondii invasion of brain).
Источник: Maridel A. Fredericksen, Yizhe Zhang, Missy L. Hazen, Raquel G. Loreto, Colleen A. Mangold, Danny Z. Chen, David P. Hughes. Three-dimensional visualization and a deep-learning model reveal complex fungal parasite networks in behaviorally manipulated ants // PNAS. 2017. DOI: 10.1073/pnas.1711673114.
См. также:
1) Картинка дня Муравей-зомби.
2) Как паразиты превращают своих хозяев в зомби, «Элементы», 04.03.2013.
3) Паразитический гриб избирательно зомбирует муравьев, «Элементы», 13.10.2014.
4) Токсоплазма — паразит, манипулирующий человеческой культурой, «Элементы», 05.09.2006.
Александр Храмов
оса-наездник, мокрица-присоска и гриб, вызывающий суицид у муравьев
В мире существуют буквально тысячи различных видов вирусов и грибов, а также более развитых членов животного мира, которые способны контролировать разум и тела других существ с помощью насильственных биологических процессов, чтобы добиться увеличения популяции своих собственных видов.
Другими словами, они выбирают себе жертву и буквально зомбируют ее. «Хайтек» подготовил подборку самых хитроумных паразитов, которые научились мастерски контролировать своих жертв.
Читайте «Хайтек» в
Фильмы про зомби пугают нас тем, что спастись от заражения практически невозможно. Трупы с пустыми глазами и пенящейся слюной чем-то напоминают зараженных вирусом бешенства. Но этот вирус на самом деле паразит, который манипулирует поведением хозяина в своих целях. Он же и вызывает у зараженного агрессию, чтобы заставить его распространять вирус с помощью укусов. Но этим занимаются не только вирусы, но и вполне осязаемые организмы — насекомые, грибы, черви и ракообразные.
Взбираться, чтобы взорватьсяГусениц можно считать чемпионами по количеству микроорганизмов и насекомых, которые управляют их разумом.
«Вирус зомби» — микроорганизм-бакуловирус, он отправляет гусениц из графства Ланкашир на северо-западе Англии на верную смерть. Он блокирует природное неприятие гусениц к солнечному свету, заставляя их взбираться на верхушки растений, где они быстро погибают.
Более того, бакуловирус буквально взрывается из трупа своего хозяина, чтобы попасть в тело новой жертвы.
Этот вирус заразил гусениц дубового эггара — распространенного вида моли, обитающего на многих вересковых пустошах и лугах Британских островов. Открытие удалось сделать, когда ученые стали слишком часто замечать шкурки мертвых гусениц, свисающие с верхушек кустов в заповеднике Винмарли Мосс города Гастанг.
Здоровая гусеницаПодобные наблюдения были отмечены учеными во всем регионе. По словам доктора Миллера, руководителя исследования по изучению этого странного явления, этим гусеницам абсолютно несвойственно забираться на высокие кустарники и быть под воздействием солнца, потому что вереск и черника, которыми они питаются, находятся вдали от солнечного света. Исследователи обнаружили, что бакуловирус уже в самом начале заражения изменяет реакцию насекомых на свет. На более поздних стадиях паразит превращает своего хозяина в зомбиподобное существо, заставляя его постоянно питаться, прежде чем подняться на более высокие, более открытые участки.
Вирус активно размножается почти в каждой клетке тела гусеницы. Когда гусеница умирает, она подвергается естественному процессу разложения, при котором ее экзоскелет распадается. Каждая частичка гусеницы при этом содержит бакуловирус.
Некоторые виды паразитических ос вида Glyptapaneteles, которых еще называют «наездники», откладывают свои яйца в тела других насекомых, например, в уже описанных выше гусениц. Оса-паразит за один раз вводит в хозяина около 80 яиц вместе с поли-ДНК-вирусом и небольшим количеством яда, который парализует гусеницу, пока оса не сделает кладку. Вирус помогает им подавить иммунную систему хозяина, чтобы тот полностью подстроился под функцию выращивания личинок и не превратился в куколку. После многочисленных исследований энтомологи пришли к выводу, что токсины ос содержат особый вирус, если точнее, нудивирус (вирусоподобные частицы — «Хайтек»), который помогает осам подавлять иммунную систему гусениц. Он производится в яичниках осы.
Ученые считают, что гены, управляющие формированием этих частиц, были приобретены предками ос от настоящего вируса, который еще 100 млн лет назад встроился в их геном.
Гусеница бабочки Thyrinteina leucocerae с куколками наездника GlyptapantelesВылупившиеся личинки растут и развиваются внутри несчастной жертвы, питаясь ее лимфой, при этом не травмируя внутренние органы. После чего покидают тело гусеницы, прикрепляются рядом к листу и окукливаются. Но две-три личинки остаются внутри, чтобы управлять гусеницей. Под таким контролем она, вместо того чтобы продолжать свое развитие, остается на месте и самоотверженно защищает чужих личинок от других насекомых. Когда молодые наездники появляются на свет, она погибает.
Дарвин считал, что существование таких организмов, как Glyptapanteles, противоречит одному из центральных постулатов естественной теологии, рассматривающей изучение природы как путь к демонстрации благонамеренности бога. Он не мог убедить себя в том, что бог мог создать насекомых, которые питаются телами живых гусениц.
Не менее ужасно наездники поступают с пауками. Если арахниду не повезет, он станет носителем личинки, и две недели она будет питаться его кровью. Паук при этом, ничего не подозревая, будет жить прежней жизнью. Но настанет время, когда личинке нужно будет окукливаться, вот тогда она и введет пауку в мозг особый нейротоксин, который заставит его сплести необычную паутину. Когда работа будет завершена, личинка съест паука и использует паутину для своего окукливания.
Вид паразитических плоских червей Leucochloridium paradoxum проникает в организм улитки и развивается в ее теле. Из яиц появляется личинка, которая в виде яркого нароста вылезает из глазных щупальцев своей жертвы. Ослепшая улитка теряет бдительность и больше не прячется от опасности. Птицы легко замечают добычу благодаря этим новым ярким «глазам».
Так Leucochloridium paradoxum достигает цели — попадает в новый организм, где откладывает свои яйца. Вместе с пометом они оказываются в траве, где начинается новый цикл их жизни.
Кровожадные грибы
Разновидность энтомопатогенных грибов Ophiocordyceps unatellis изменяет поведение муравьев, чтобы обеспечить как можно более широкое распространение своих спор. В переводе название паразита звучит как «кордицепс однобокий». Этот гриб попадает в тело муравья через дыхательные отверстия, где начинает питаться мягкими тканями. Порабощенный муравей вынужденно покидает свое гнездо для более влажного микроклимата, благоприятного для роста гриба. В конечном итоге муравей поднимается на вершину невысокого кустарника и вгрызается челюстями в стебль. Тогда гриб убивает несчастного и поедает его тело.
Благодаря этому через несколько дней после смерти муравья гриб выпускает плодовое тело через основание головы муравья, превращая его труп в площадку для запуска, из которой он может выбросить свои споры и заразить новых насекомых.
Исследование, опубликованное в 2017 году, показало, что устоявшееся мнение о поражении грибком ЦНС муравья ошибочно. Мозг муравьев-зомби остается нетронутым паразитом, а O. unatellis способен контролировать действия своего хозяина, проникая и окружая мышечные волокна по всему телу муравья. По сути, он превращает зараженного муравья во внешнюю версию себя. Таким образом, муравьи-зомби частично остаются насекомыми, но, с другой стороны, становятся грибком.
Другие энтомопатогенные грибки Entomophthora muscae, что в переводе с греческого означает «уничтожитель мух», проникает в экзоскелет мух через одну из многочисленных трещин в их «броне». Первое, что делает гриб, — врастает в определенную область мозга, которая контролирует поведение мухи, заставляя ее приземляться на близлежащую поверхность и ползти как можно выше.
Зараженные мухи поднимаются на определенную высоту, прикрепляются к любому растению и принимают «смертельную позу» животом вверх, оптимальную для рассеивания спор. В конце концов клетки гриба поражают все тело мухи и она умирает.
Чтобы сделать это открытие, ученый Дэвид Хьюз из штата Пенсильвания создал международную команду энтомологов, генетиков, компьютерщиков и микробиологов. Цель исследования состояла в том, чтобы посмотреть на клеточные взаимодействия между O. unatellis и муравьями вида Camponotus castaneus во время критической стадии жизненного цикла паразита — той фазы, когда муравей закрепляется на дне листа с помощью своих мощных мандибул (челюстей).
Используя электронные микроскопы, исследователи создали трехмерные модели для определения местоположения, численности и активности грибов внутри тел муравьев. Кусочки ткани были взяты с разрешением 50 нм, с использованием машины, которая могла повторять процесс нарезки и формирования изображения со скоростью 2 тыс.
кадров в минуту в течение 24-часового периода. Чтобы проанализировать это огромное количество данных, исследователи обратились к искусственному интеллекту, а алгоритм машинного обучения научился различать клетки гриба и муравья. Это позволило исследователям определить, какую часть тел насекомых все еще можно было считать муравьем и сколько из них уже было превращено в гриб. Клетки O. unatellis распространились по всему телу муравья, от головы и грудной клетки до брюшной полости и ног. Более того, все эти грибковые клетки были связаны между собой, создавая некое подобие коллективной биологической сети, которая контролировала поведение муравьев.
Обычно у животных поведение контролируется мозгом, посылающим сигналы мышцам, но результаты исследования показывали, что паразит контролирует поведение хозяина, не проникая в голову, как кукловод.
Труп муравья с грибами, торчащими из его телаИсследование показало, что гриб выделяет тканеспецифичные метаболиты и вызывает изменения в экспрессии генов хозяина, а также атрофию мышц нижней челюсти муравья.
Измененное поведение хозяина — это расширенный фенотип генов микробного паразита, который экспрессируется через организм хозяина. Но до сих пор неизвестно, как гриб добивается полного контроля над поведением своей жертвы.
Cymothoa exigua — уникальный паразит, который не только ест части тела своего хозяина, но и полностью заменяет собой съеденное. Мокрица проникает через жабры и устраивается в теле рыбы — пятнистого розового луциана. Она поедает язык своей жертвы, а затем начинает питаться слизью и, впрочем, исправно «работать» вместо языка. В настоящее время считается, что Сymothoa exigua не представляет угрозы для человека. Однако некоторые исследователи утверждают, что риск быть укушенным все же есть.
Мокрица, заменившая собой язык у рыбыМокрица, которая превращает крабов в нянек
Саккулина — паразитическое членистоногое животное из подтипа ракообразных.
Ему очень нравится управлять крабами. Личинки саккулины — это планктонные организмы, что путешествуют по соленым морям и океанам. Через четыре-пять суток после рождения у самок начинает появляться небольшая хитиновая раковина (циприсовидная стадия). С этого момента у саккулины только одна цель — найти поскорее подходящего краба, закрепиться на нем и спокойно развиваться дальше. Чаще всего саккулина прикрепляется к клешням.
Там личинки превращаются в своего рода живой шприц для подкожных инъекций (так называемый «кентрогон»). Он прокалывает панцирь у основания щетинистых волос краба и вводит следующую стадию паразита — микроскопическую каплю, называемую вермигоном, — в кровь и пищеварительный тракт краба. По сути, саккулина впрыскивает саму себя в форме жидкости. После внедрения внутрь панциря начинается ее активная стадия роста. Бесформенный комок клеток сильно разрастается и достигает размеров до 3 см. Саккулина высасывает из краба все питательные вещества, но не убивает. Паразит делает из него послушного зомби под полным контролем.
Также саккулина уничтожает половые органы краба, у самцов еще и меняет гормональный фон, чтобы сделать их послушными и заботливыми мамочками.
Тело полностью зрелой саккулины состоит из частей, называемых междоузлиями, которые больше похожи на корни растения, чем на животное. Его усики распространяются по всем внутренностям краба, и только часть паразита видно снаружи — женский репродуктивный орган, который выступает из брюшка. На этой мешковидной стадии саккулина становится половозрелой. В месте крепления к брюшку открывается крошечное отверстие, через которое к саккулине попадает самец, который выглядит как личинка самки до внедрения в краба. Он прикрепляется к ней и остается до конца жизни краба, ежедневно производя сперму и оплодотворяя яйцеклетки. При этом каждая самка саккулины имеет два входных канала, в которых могут одновременно жить два самца.
Оплодотворенные яйца саккулина откладывает там, где здоровая самка краба вынашивала бы собственную кладку.
И несчастное ракообразное заботится о ней точно так же, как заботилось бы о своем потомстве. Краб, зомбированный саккулиной, покорно чистит ее кладку от водорослей, защищает от хищников и других паразитов. Удивительно, что живут такие крабы дольше, чем незараженные.
Некоторые эксперты утверждают, что так называемая болезнь хронического истощения, поражающая оленей и лосей в 24 штатах США и двух провинциях Канады, в будущем сможет заражать и людей подобно сценам из зомби-апокалипсиса.
Сам вирус поражает головной, спинной мозг и ткани животного, вызывая агрессивность, потерю концентрации внимания, слюнотечение, отсутствие страха перед людьми и вялость. В последнее время этот феномен стал предметом разговоров, поскольку он продолжает распространяться по всей Северной Америке.
Скорее всего, это просто мутировавший вирус бешенства, но до конца заболевание не изучено.
Красивая и смертоносная
Природа создала изумрудную осу, которая превращает тараканов в зомби. Самка осы спаривается только один раз в жизни. После спаривания с десятками оплодотворенных яиц оса ищет таракана, используя зрение и звук, а затем атакует.
Но тараканы в шесть и более раз крупнее ос, поэтому точность наносимых жалом ударов крайне важна. Оса жалит таракана в грудную клетку и вводит гамма- аминомасляную кислоту с таурином и бета-аланином. ГАМК — это нейротрансмиттер, который блокирует передачу двигательных сигналов между нервами и вместе с двумя другими химическими веществами временно парализует передние ноги таракана.
Схватка осы и тараканаЗатем она вводит жало с токсином в две области мозга таракана, ганглии. Оса использует специальные органы чувств на кончике жала, чтобы определить точные участки ганглиев тараканов для поражения. После активации яда вся центральная нервная система жертвы становится подконтрольной, так как он блокирует ключевые сигналы в мозг.
Это заставляет жертву потерять чувство самосохранения, благодаря чему оса, будучи слишком маленькой, чтобы перенести таракана, ведет его, как собаку, на поводке, в свое гнездо, где откладывает яйцо в животе насекомого и запечатывает его внутри, а затем улетает искать новую жертву.
Через два дня осиное яйцо вылупляется, и новорожденная личинка начинает уничтожать таракана. Личинки питаются гемолимфой, которая содержит в себе питательные вещества, эквивалент человеческой крови. Они поглощают и все органы в брюшной полости, пока таракан еще жив. Как только все органы съедены, личинка поглощает нервную систему таракана и наносит антимикробный секрет на внутренние стенки трупа таракана. В течение следующего месяца личинка превращается в куколку внутри трупа таракана и, достигая следующей стадии развития, пробивает его оболочку и выбирается наружу.
Зомби — не просто реквизит из фильмов ужасов, они часто встречаются в природе, нравится нам это или нет.
Есть много примеров паразитов, управляющих сознанием, которые могут поразить нервную систему хозяина, порабощая своих жертв самыми извращенными способами. Возможно ли то, что эти механизмы будут применимы и к людям? Мы тоже всего лишь биологический вид, один из миллиона, поэтому зомбирование может коснуться и нас.
Грибы-зомби-муравьи, зараженные собственными паразитами
Си-Эн-Эн —
По всему миру паразитический грибок превращает муравьев в «зомби».
Грибок похож на кадр из фильма ужасов: организм захватывает тело и мозг своего муравья-хозяина, контролируя его разум, заставляя его покинуть гнездо и забраться на ближайшее дерево.
Там зараженный муравей зажимает челюстями лист, свисающий над лесной подстилкой, и умирает в течение нескольких дней, пока гриб переваривает его. Прорвавшись через тело своего хозяина, грибок посылает поток спор вниз, чтобы заразить следующее поколение муравьиной добычи.
Из тела мухи прорастает плодовое тело гриба-паразита.
Роберто Гарсия-РоаПотрясающие изображения странного и прекрасного природы представлены на фотоконкурсе
cms.cnn.com/_components/paragraph/instances/paragraph_F70FA26B-EEAE-95BA-CF1B-81960C3DB40B@published» data-editable=»text» data-component-name=»paragraph»>Согласно исследованию 2020 года, ученые пока выяснили молекулярный механизм паразитического взаимодействия между грибком и муравьем, который лежит в основе поведенческих манипуляций. Однако, как именно эти паразиты систематически действуют, плохо изучено.
Теперь ученые обнаружили, что грибок, атакующий муравьев, заражен собственными грибковыми паразитами, которые, согласно новому исследованию, могут помочь сдерживать зомбирование муравьев.
Доктор Жоао Араужо, помощник куратора отдела микологии в Нью-Йоркском ботаническом саду, уже более десяти лет путешествует по тропическим лесам в поисках муравьев-зомби. На протяжении многих лет он продолжал замечать что-то странное: нечеткий белый грибок, растущий поверх гриба-зомби-муравья.
Другие ученые десятилетиями отмечали таинственный грибок, но Араужо и его коллеги решили стать первыми учеными, которые систематически изучили этот вопрос, сосредоточившись на штамме муравьев-зомби из Флориды. Исследователи описали физическую структуру грибов, растущих поверх муравьиного зомби, и секвенировали их ДНК в исследовании, опубликованном 9 ноября в журнале Persoonia.
При этом команда обнаружила два новых рода грибов, ранее неизвестных науке.
Доктор Жоао Араужо из Ботанического сада Нью-Йорка и его команда открыли два новых рода грибов.
Жоао Араужо«Мы поняли, что существует две разные линии грибов, новые линии грибов, заражающие один вид грибков-зомби-муравьев во Флориде», — сказал Араужо, ведущий автор исследования.
Каждый из двух вновь открытых грибов принадлежит к своему роду.
Один из новых грибов, Niveomyces coronatus, ответственен за пушистый белый налет на грибке зомби-муравья — компонент его названия («niveo») происходит от латинского слова «снежный». Второй новый гриб, Torrubiellomyces zombiae, обнаружить труднее: по словам Араужо, маленькие черные пятна «похожи на блох».
Грибы, атакующие муравьиного гриба-зомби, в свою очередь, не зомбируют своего хозяина, но питаются его тканями и, кажется, причиняют ему вред. «Каждый раз, когда мы видим, как эти новые роды, которые мы описали, растут на грибке, гриб выглядит изрядно потрепанным, действительно поглощенным этим другим грибком», — сказал Араужо.
«В некоторых случаях он сначала кастрирует Ophiocordyceps (грибок, создающий зомби), поэтому он больше не может стрелять спорами, а затем растет и поглощает весь гриб».
Поскольку Niveomyces и Torrubiellomyces настолько новы для науки, пока неясно, какое влияние они оказывают на популяции муравьиных зомби в целом.
Один из новых грибов, Niveomyces coronatus, вызывает появление белого налета на грибке муравья-зомби.
Жоао АраужоЭти новые роды являются первыми паразитами, официально описанными как заражающие грибок зомби-муравьев, но исследователи подозревают, что могут быть и другие. «Я думаю, что это более распространено, чем мы думаем. Паразитизм — это очень прибыльный образ жизни», — говорит старший автор исследования доктор Чарисса де Беккер, доцент Утрехтского университета в Нидерландах. «Возможно, это самый доминирующий образ жизни на планете».
Более того, по ее словам, паразиты вообще и паразитические грибы в частности плохо изучены.
«Тот факт, что нам пришлось вызвать два новых рода, говорит о том, как мало мы знаем об этой части грибкового древа жизни», — сказал де Беккер.
«Зомби-цикады» под влиянием грибка, контролирующего разум, вернулись в Западную Вирджинию.
Углубляя наше понимание муравьиного зомби-гриба, новое исследование может найти применение, выходящее за рамки изучения грибов, говорит доктор Кэролин Элия, научный сотрудник в области органической и эволюционной биологии Гарвардского университета. Она не участвовала в исследовании.
«Ophiocordyceps в основном за время эволюции стал опытным нейробиологом.
Он точно знает, на какие кнопки нажимать и как заставить муравья делать то, что он хочет», — сказала она. «Изучая, как он понял, как решить эту проблему, мы можем понять нашу более общую цель — попытаться понять, как мозг работает или производит поведение».
Кейт Голембиевски — независимый научный писатель из Чикаго, увлекающийся зоологией, термодинамикой и смертью. Она ведет комедийное ток-шоу «Ученый заходит в бар».
Зомбирующий гриб обходит мозг и превращает муравьев в своих марионеток, показало исследование
Вещи кошмаров —
СнимкиСЭМ показали странные частицы, похожие на шарики, которые также могут играть определенную роль.
Дженнифер Уэллетт —
Увеличить / Мертвый муравей, захваченный видом Cordyceps в заповеднике Рио-Кларо в Колумбии.
National Geographic/Justin Maguire
Жаль бедного ничего не подозревающего муравья-плотника, который невольно заражается спорами, разбросанными паразитическим грибком рода Cordyceps . Споры прикрепляются к муравью и прорастают, распространяясь по телу хозяина с помощью длинных усиков, называемых мицелием. Кордицепс , по сути, превращает своего хозяина в раба-зомби, заставляя муравья взобраться на вершину ближайшего растения и сжать своими крошечными челюстями мертвую хватку вокруг листа или ветки.
Затем грибок медленно пожирает муравья, прорастая через его голову в последнем унижении. Затем луковичные наросты на концах мицелия лопаются, выпуская в воздух еще больше спор, чтобы заразить еще больше ничего не подозревающих муравьев. Это не лучший способ: весь процесс может занять от четырех до 14 дней.
Существует более 400 различных видов грибов Cordyceps , каждый из которых нацелен на определенный вид насекомых, будь то муравьи, стрекозы, тараканы, тли или жуки.
Аспект зомбирования сделал гриб фаворитом документальных фильмов о природе. Он также проник в массовую культуру, например, в видеоигру про зомби-апокалипсис, The Last of Us (2013), в котором паразитический грибок мутирует и заражает людей. Но ученые стремятся изучить Cordyceps , чтобы узнать больше о происхождении и сложных механизмах, лежащих в основе этих видов болезней, вызванных патогенами.
Паразитический кукловод
Дэвид Хьюз, энтомолог из Университета штата Пенсильвания, изучает увлекательные отношения между муравьями-плотниками и их партнером-паразитом, Ophiocordyceps unilateralis годами, в надежде узнать больше о том, как грибок контролирует своего обреченного хозяина. Предыдущие исследования показали, что зомбирование может быть связано с высвобождением специального химического вещества, которое заставляет мышцы челюстей инфицированных муравьев сильно сокращаться для этого смертельного укуса.
Еще в 2017 году профессор Хьюз и его команда отсканировали ультратонкие срезы зараженных муравьев под мощным микроскопом, чтобы построить 3D-модель, тщательно отметив, какие части были муравьями, а какие грибками.
Это дало им более детальное представление о том, что происходит структурно на клеточном уровне. Они обнаружили удивительно высокий процент грибковых клеток в телах муравьев. Клетки были сконцентрированы непосредственно вне мозга, никогда не проникая в мозг.
Вместо этого грибковые клетки образовали сложную взаимосвязанную трехмерную сеть, позволяющую им общаться друг с другом и обмениваться питательными веществами. По сути, они отрезают мозг от остального тела муравья, поэтому объединенные в сеть клетки могут контролировать его поведение. Как писал Эд Йонг в The Atlantic: «Муравей заканчивает свою жизнь пленником в собственном теле. Его мозг все еще находится на водительском сиденье, но руль находится у грибка».
«Его мозг все еще на водительском сиденье, но руль у грибка».
Лаборатория Хьюза вернулась с новой статьей по экспериментальной биологии. Это последнее исследование «дает нам более широкую картину взаимодействия грибка и хозяина, которое происходит в нижнечелюстных мышцах инфицированных муравьев во время укуса», — сказала Коллин Мангольд из Penn State, соавтор статьи.
Эти взаимодействия, вероятно, и лежат в основе укуса смертельной хваткой, поскольку грибок на самом деле не прикрепляется напрямую к мозгу инфицированного муравья. Скорее, он разрывает мембрану, покрывающую волокна челюстных мышц, вызывая достаточно сильные сокращения, чтобы повредить или разрушить мышечные нити, которые скользят друг относительно друга при сокращении мышц.
Поскольку этот конкретный грибок процветает в жаркой и влажной среде (Бразилия или Южная Каролина), ученые из Университета Пенсильвании воссоздали аналогичную среду в лаборатории. Они собрали споры инфицированных муравьев и ввели их здоровым муравьям в лаборатории. Хитрость здесь заключалась в том, чтобы определить правильную дозировку спор.
«Если мы введем слишком мало спор, муравей сможет бороться с инфекцией», — сказал Мангольд. «Однако, если мы введем слишком много, муравей может умереть вскоре после прививки без каких-либо изменений в поведении. Поэтому нам пришлось найти дозу где-то посередине».
Лабораторная среда была спроектирована так, чтобы напоминать условия свободного передвижения, а не гнездо колонии муравьев. «Гриб не может развиться до зрелой, заразной стадии внутри муравейника», — сказал Мангольд. «Вероятно, это связано с тем, что здоровые муравьи иногда физически удаляют инфицированных муравьев из гнезда, и/или условия внутри гнезда, такие как влажность или температура, не являются оптимальными для роста грибка. Когда зараженный муравей находится вдали от гнезда, грибок может расти и созревать, а инфекционные споры могут выделяться».
РекламаМышцы под микроскопом
Поскольку зараженные насекомые умирали, Mangold et al. заморозил их и удалил челюстные мышцы для сохранения. Затем они изучили эти ткани под сканирующим электронным микроскопом (СЭМ). На этих изображениях было ясно видно, как нити грибка проникают в мышечную ткань, но нервно-мышечные соединения, через которые нервные сигналы от мозга поступали в мышцы для управления их движением, оставались неповрежденными, что указывает на то, что грибок не влияет напрямую на мозг инфицированного муравья.
Команда также наблюдала странные везикулоподобные частицы, прикрепленные к инфицированной ткани, хотя неясно, производятся ли они грибком или муравьем-хозяином.
Следующая команда попытается изолировать пузырьки, похожие на бусы, чтобы узнать о них немного больше. «Мы хотим знать, происходят ли они от грибка или хозяина, и что в них упаковано», — сказал Мангольд. Если везикулы происходят от грибка, это предполагает, что то, что находится внутри, играет роль в сокращении мышц — возможно, секретируя какое-то вещество, вызывающее мышечные спазмы, — или опосредует связь между грибковыми клетками.
Если везикулы исходят от муравьев-хозяев, их содержимое может быть иммунным ответом. В любом случае, «большее понимание этих везикул может помочь понять взаимодействие хозяина и патогена, которое может способствовать смертельной хватке», — сказал Мангольд.
Муравьи-древоточцы — не единственный вид, который является мишенью для этого вида зомби-подобной инфекции; они просто одни из самых известных.