Зомбирующие грибы лишили муравьев сна и обоняния
Чтобы превратить муравья в послушного зомби, паразитический гриб кордицепс нарушает его циркадные ритмы, систему восприятия запахов и передачу нейромедиаторов. В результате насекомое покидает муравейник, поднимается на подходящее растение и висит на нем до самой смерти. Это позволяет грибу попасть в оптимальное место для распространения спор. Описать манипуляции кордицепса на молекулярно-генетическом уровне удалось авторам статьи, опубликованной в журнале G3: Genes, Genomes, Genetics.
Многие паразиты искусно манипулируют поведением хозяина, чтобы повысить свои шансы на выживание и продолжение рода. Например, некоторые виды грибов кордицепсов из рода Ophiocordyceps заставляют зараженных муравьев покидать колонию, взбираться на растение и повисать на нем, удерживаясь челюстями. После смерти насекомого из него прорастает плодовое тело гриба. По сути, кордицепс превращает хозяина в транспортное средство для перемещения в место, идеальное с точки зрения созревания и распространения спор.
Драматичные взаимоотношения кордицепсов и муравьев получили широкую известность не только среди биологов, но и в массовой культуре. Тем не менее, у ученых все еще нет точного ответа, как именно гриб управляет поведением хозяина.
Исследователи во главе с Иэном Уиллом (Ian Will) из Университета Центральной Флориды решили рассмотреть этот вопрос на молекулярно-генетическом уровне. Они сосредоточили свое внимание на кордицепсе O. camponoti-floridani и его специфическом хозяине — муравье-древоточце Camponotus floridanus. Насекомых инфицировали спорами гриба и проверяли, как это скажется на активности генов обоих видов. Для этого ученые трижды провели секвенирование РНК паразита и хозяина — до заражения, после заражения и после смерти муравья.
Анализ выделил целый ряд генов-кандидатов, которые позволяют кордицепсу производить токсины, ферменты и вторичные метаболиты для управления поведением хозяина. Аналогичным образом в геноме муравья были выделены гены, которые служат мишенями для паразита.
Исследователи продемонстрировали, что гриб наносит удар сразу по нескольким важным функциям нервной системы хозяина. Например, он сбивает муравьиный режим дня, нарушая работу связанных с циркадными ритмами генов. Еще более разрушительно паразит воздействует на обоняние жертвы, основной канал ее общения с сородичами. В результате зараженная особь теряет связь с колонией, далеко уходит от нее и не возвращается вовремя. Дополнительный эффект оказывает вмешательство кордицепса в передачу нейромедиаторов.
На последнем этапе полученные данные сравнили с результатами аналогичного исследования, которое проводилось с другой парой паразит-хозяин — O. kimflemingiae и C. castaneus. Оказалось, что взаимоотношения различных видов кордицепсов и муравьев довольно похожи с молекулярно-генетической точки зрения. Возможно, паразитические грибы приобрели способность зомбировать муравьев один раз, а затем подстраивали ее под конкретные виды.
Кордицепсы — далеко не единственные паразиты, способные манипулировать поведением хозяев.
Сегодня ученым известно, что эта черта широко распространена в природе. Больше узнать о существах, которые превращают своих жертв в настоящих зомби, можно из нашего теста «Обитель зла».
Сергей Коленов
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
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. «Склеивая» срезы с помощью компьютерной программы, ученые реконструировали трехмерную картину происходящего.
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 O. unilateralis в среднем занимают 10% объема всей мышечной ткани, тогда как для B. bassiana этот показатель составляет всего 2%. 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.
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.
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
Кордицепс-зомби-гриб захватывает тела муравьев
- Животные
- Враждебная планета
Грандиозный финал смертоносного паразита заключается в том, что ядовитые споры вырастают из головы мертвого муравья.
Глубоко в тропических лесах Амазонки паразитические грибы, называемые паразитами, захватывают тела муравьев, чтобы размножаться. Он показан в эпизоде «Враждебная планета» на канале National Geographic о джунглях, который выйдет в эфир в понедельник, 22 апреля, в 21:00. СТАНДАРТНОЕ ВОСТОЧНОЕ ВРЕМЯ.
Национальный географический канал
Они ходят среди нас: насекомые, захваченные паразитическими грибами, которые контролируют каждое их движение.
У грибка Ophiocordyceps unilateralis есть только одна цель: саморазмножение и распространение. Исследователи считают, что грибок, обитающий в тропических лесах, заражает муравья-фуражировщика через споры, которые прикрепляются к экзоскелету и проникают в него, постепенно перенимая его поведение.
По мере распространения инфекции порабощенный муравей вынужден покинуть свое гнездо и отправиться в более влажный микроклимат, благоприятный для роста грибка. Муравей вынужден спуститься на выгодную позицию примерно в 10 дюймах от земли, вонзить свои челюсти в жилку листа на северной стороне растения и ждать смерти.
( Мы знаем, что кордицепс поражает муравьев, но может ли он эволюционировать, чтобы управлять людьми? )
Тем временем гриб питается внутренностями своей жертвы, пока не будет готов к последней стадии. Через несколько дней после смерти муравья гриб выпускает плодовое тело через основание головы муравья, превращая его сморщенный труп в стартовую площадку, с которой он может выбрасывать свои споры и заражать новых муравьев.
«Это определенно говорит о воображении как ученых, так и широкой публики», — говорит Чарисса де Беккер, профессор Университета Центральной Флориды, изучающая взаимодействие паразита и хозяина, которое приводит к поведенческим манипуляциям.
Как и в мифах о зомби, существует инкубационный период, когда зараженные муравьи выглядят совершенно нормально и занимаются своими делами, оставаясь незамеченными для остальной части колонии. Это необычно, потому что социальные насекомые, такие как муравьи, обычно обладают так называемым социальным иммунитетом: больных членов выгоняют из группы, чтобы остальные тоже не заболели.
«Мы думаем, что у муравьев на самом деле нет механизма, чтобы избавиться от Ophiocordyceps », — говорит де Беккер.
Хотя инфекция на 100% смертельна, цель не в том, чтобы превратить всех муравьев в ходячих мертвецов. Чтобы экосистемы оставались сбалансированными, грибы должны контролировать популяции хозяев. На самом деле, в любой момент времени инфицировано лишь несколько муравьев в колонии.
«Это почти как хроническая простуда, — говорит де Беккер.
И, возможно, самое большое отклонение от сценария зомби, Ophiocordyceps unilateralis , похоже, не вторгается в мозг.
С помощью флуоресцентной микроскопии исследователи из Университета штата Пенсильвания наблюдали за колонизацией грибков у муравьев от желудка, задней части брюшка, до головы — и не обнаружили никаких следов грибковых клеток в мозгу. Они объединили эту информацию с компьютерными алгоритмами, чтобы наметить движение грибов, когда они образовывали своего рода трубчатые леса внутри и вокруг мышечных пучков муравьев.
Это говорит о том, что грибок осуществляет контроль над разумом с помощью биоактивных соединений, которые воздействуют на нервную систему муравья и контролируют хозяина непосредственно через мышцы, говорит де Беккер.
Исследователи из Таиланда и США изучают различные виды Ophiocordyceps , которые заражают другие виды муравьев, чтобы сравнить их механизмы контроля. В целом, исследователи идентифицировали более 200 видов Ophiocordyceps , которые могут заражать хозяев из 10 отрядов насекомых, а также пауков, хотя не все приводят к поведенческим манипуляциям.
Один родственный вид, O . sinensis , колонизирует гусениц бабочки-призрака и вырастает из их головы, как рог единорога. Комбинация гриба и шелухи гусеницы ценится в традиционной тибетской и китайской медицине как иммуностимулятор, средство для лечения рака и афродизиак. Как ни странно, видов Ophiocordyceps , населяющих японских цикад, могли даже заменить симбиотических бактерий, чтобы помочь своим хозяевам перерабатывать питательные вещества из сока.
Подобно микробиому в нашем собственном кишечнике, насекомые содержат целый ряд видов грибов, говорит Барретт Кляйн, энтомолог из Висконсинского университета в Ла-Кроссе. Но поскольку не все грибы можно выращивать в лаборатории, тщательно изучалась лишь пара, не говоря уже о том, что они вызывают манипуляции с поведением.
Ученые знают о некоторых. Есть Entomophthora muscae , что буквально означает «истребитель насекомых-мух» на греческом языке. Он заставляет зараженных мух взбираться на определенную высоту, приклеиваться ртом к растению и принимать «позу смерти» вверх брюшком, которая оптимальна для распространения спор. (Смотрите, как мухи превращаются в зомби.)
И есть Massospora cicadina , которая накачивает своих хозяев-цикад галлюциногенными препаратами, из-за чего часть их брюшка отваливается. Затем цикада с голым дном извивается навстречу смерти — опять же в интересах рассеивания спор. (Узнайте больше о паразитах, контролирующих разум.
)
«Это захватывающая область на периферии нашего понимания, чтобы посмотреть, насколько паразиты контролируют своего хозяина», — говорит Кляйн. «Если животными так легко манипулировать, что это значит для нас?»
Читать дальше
Как определенные продукты снижают риск заболеваний
- Наука
- Разум, тело, чудо
Как определенные продукты снижают риск заболеваний более низкий риск рака или диабета 2 типа. Вот как и почему продукты, которые мы потребляем, влияют на наш организм.
Странный феномен медведей-мотыльков
- Животные
Странный феномен медведей-мотыльков
В Северных Скалистых горах предприимчивые гризли поднимаются в горы, чтобы полакомиться до 40 000 мотыльков в день, таинственное экологическое чудо.
Кто первым оседлал лошадей? У этих скелетов может быть ответ
- Наука
Кто первый оседлал лошадей? У этих скелетов может быть ответ
Человеческие останки возрастом около 5000 лет были найдены в могилах ямной культуры, и это открытие может частично объяснить их быстрое распространение по Европе.
Как космические лучи помогли найти туннель в Великой пирамиде Египта
- Наука
Как космические лучи помогли найти туннель в Великой пирамиде Египта
Ученые только что подтвердили 30-футовую пустоту, впервые обнаруженную внутри памятника много лет назад. Вот технология, которая помогла ученым ее найти, и то, для чего она могла быть использована.
Эксклюзивный контент для подписчиков
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу
Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории красная планета
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу
Посмотрите, как люди представляли жизнь на Марсе на протяжении всей истории
Посмотрите, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу будет исследовать красную планету
Узнать больше
Ophiocordyceps, грибок из «Последних из нас», настоящий.
Но так ли это смертельно? : NPROphiocordyceps, грибок из «Последних из нас», настоящий. Но так ли это смертельно?
- NPR Один
- Подкасты Apple
- Спотифай
- Подкасты Google
- Амазонка Музыка
- Амазонка Алекса
- RSS-ссылка
Наука
В видеоигре и шоу HBO The Last of Us инфекционные грибы превращают людей в зомби. Дэвид МакНью / Getty Images скрыть заголовок
переключить заголовок
Дэвид МакНью / Getty Images
В видеоигре и сериале HBO The Last of Us — инфекционный грибок, превращающий людей в зомби.
Дэвид МакНью / Getty Images
В видеоигре и шоу HBO The Last of Us люди борются за выживание после того, как инфекционный грибок превращает обычных людей в зомби. Создатели франшизы не искали вдохновения далеко — сериал основан на реальных видах грибов, которые выполняют своего рода «контроль разума» над своими насекомыми-хозяевами.
Ophiocordyceps unilateralis , также известный как кордицепс или зомби-муравьиный гриб, поражает насекомых, таких как муравьи или пауки. Как и другие паразиты, кордицепс полностью истощает своего хозяина питательными веществами, прежде чем заполнить свое тело спорами, которые позволят грибку размножаться. Затем он заставляет насекомое искать высоту и оставаться там, прежде чем оно изгонит эти споры, заражая при этом других находящихся поблизости насекомых.
Брин Дентингер, профессор биологии в Университете штата Юта и куратор отдела микологии в Музее естественной истории штата Юта, рассказал NPR, что грибок является одним из самых известных и, вероятно, наиболее часто встречающихся видов организмов с таким контролем над разумом. способность.
И он сказал, что ученые не совсем уверены, как кордицепс может оказывать такое воздействие на насекомых, хотя теории существуют.
«Кажется, существует некая комбинация физических манипуляций с мышечными волокнами, например, возможно, врастание в сам мозг, что может повлиять на его поведение», — сказал он.
«Но также очень вероятно, что на хозяина воздействует какая-то химическая атака, будь то небольшие молекулы, или белки, или какие-то другие вещества, которые в конечном итоге манипулируют поведением мозга».
Дентингер, который также является поклонником адаптации HBO The Last of Us, , сказал, что есть некоторые существенные различия между тем, как грибок изображается в сериале и в реальной жизни. Кордицепс обычно не заражает других хозяев через рот, например, и инфицированные не связаны друг с другом через сеть.
И, пожалуй, самое главное: грибок не может заразить человека.
«Температура нашего тела достаточно высока, чтобы белки большинства организмов денатурировали при такой температуре, и поэтому они не могут выжить в нашем организме», — сказал он.
Но есть виды грибков, которые способны выдерживать более высокие температуры и поэтому могут заражать людей. Изменение климата, как объясняет Дентингер, наделяет некоторые грибы способностью выдерживать более высокие температуры.
И вполне возможно, что грибок с подобными способностями к контролю над разумом в какой-то момент сможет выдерживать температуру человеческого тела.
«Возможно, это одна из причин, почему мы наблюдаем больше грибковых инфекций у людей, но опять же, на сегодняшний день ни одна из них не является кордицепсом», — сказал он. «Однако, возможно, это произойдет в будущем, но на данный момент это невозможно».
И, как сказал Дентингер, уже существуют виды грибов, которые изменяют мыслительную деятельность человека, такие как псилоцибин, иначе известные как «волшебные грибы». Между тем другие виды грибов уже повсеместно присутствуют в жизни человека. Возьмем, к примеру, дрожжи, которые содержатся в хлебе и в кишечнике человека.
И хотя перспектива того, что грибок сможет манипулировать человеческим поведением, не является невозможной, по словам Дентингера, это маловероятно. Признаки гриба, которые позволяют ему атаковать насекомое-хозяина, очень специфичны для этого насекомого, и его нелегко передать другому виду.