Зомбирующий гриб O. unilateralis оказался куда опаснее для муравьев, чем думали ученые
Знаменитый грибок, превращающий муравьев в послушных зомби, преподнес ученым ряд сюрпризов. Оказалось, что он буквально врастает в тело насекомого и пожирает его клетки, делая из муравья своеобразный «мясной доспех».
Теги:Нетленка
Исследование
Животные
Открытия
Головоломки
Splash News
У бразильских муравьев-плотников и без того нелегкую жизнь дополняет весьма странное обстоятельство — они могут превратиться в самых настоящих зомби. Это происходит благодаря заражению паразитическим грибком, споры которого прорастают в тело насекомого и влияют на его симпатическую нервную систему. Зараженный паразитом, муравей оставляет уют своего родного гнезда и отправляется блуждать в чащу леса, условия которого больше подходят грибу для полноценного созревания. Обычно муравей цепляется лапками за нижнюю сторону листа, после чего замирает, тем самым окончательно принося себя в жертву.
Зомби в реальном мире: что скрывает гриб-паразит
Науке уже давно известен этот феномен, однако до сих пор ученые долго не могли понять, как именно паразитический гриб O. unilateralis играет свою роль кукловода. Его часто называли «мозговым паразитом», однако исследование, опубликованное в феврале 2021 года в Proceedings of the National Academy of Sciences, опровергает данную теорию. Оказалось, что как раз мозг насекомого остается неповрежденным, а контроль за своим хозяином паразит осуществляет путем внедрения в мышечные волокна по всему телу! По сути, зараженный муравей становится для гриба своего рода «мясными доспехами» и средством передвижения, а часть клеток тканей муравья в процессе заменяются на грибные.
Чтобы сделать это удивительное открытие, Дэвид Хьюз (а именно он впервые обнаружил гриб-паразит) начал обширное исследование, в котором приняла участие международная команда энтомологов, генетиков, программистов и нейробиологов. Цель работы состояла в том, чтобы изучить клеточные взаимодействия между паразитом и его хозяином в ходе критической стадии жизненного цикла первого — той, во время которой муравей вцепляется в лист своими мощными мандибулами.
Ведущий автор исследования, Маридель Фредериксен, кандидат в докторанты в Университете Базельского зоологического института, Швейцария, заявила, что грибок выделяет тканеспецифические метаболиты в организм хозяина, вызывая тем самым изменения в экспрессии генов. Это также приводит к атрофии мышц нижней челюсти муравья, чтобы тот уже никогда не смог разжать их и позволить своему телу упасть на землю — это вызвало бы преждевременную гибель хозяина или подвергло бы паразита лишнему риску. Впрочем, до начала работы ученые не знали, как именно грибок координирует свои действия, чтобы так ловко манипулировать организмом хозяина.
Исследования и открытия
Для проведения исследования ученые заразили муравья-плотника O. unilateralis. При этом некоторые особи получили дозу менее опасного, не зомбирующего грибкового патогена, известного как Beauveria bassiana — они служили в качестве контрольной группы. Сравнивая динамику заболевания, вызванного этими двумя грибами, исследователи смогли выделить специфические физиологические проявления деятельности O. unilateralis у муравьев.
С помощью электронных микроскопов, группа создала трехмерную модель, позволяющую определять местоположение, численность и активность грибковых тканей внутри тел насекомых. Для этого были взяты образцы этих тканей размером всего 50 нм, а наблюдение велось с помощью приборов, способных мониторить и обрабатывать изображение с частотой 2000 раз за 24 часа. Чтобы проанализировать внушительный объем поступающих данных, ученые обратились к искусственному интеллекту: алгоритм, основанный на глубоком обучении, в ходе анализа выделял различия в деятельности грибковых и муравьиных клеток.
Это позволило исследователям наглядно увидеть то, на какой стадии заболевания ткани организма все еще принадлежали насекомому, а где уже были преобразованы в гриб.
Результаты оказались одновременно чрезвычайно интересными и пугающими. Клетки O. unilateralis распространялись по всему телу муравья, от головы и грудного отдела до живота и ног. Более того, они были взаимосвязаны, создавая своего рода коллективную биологическую сеть, которая и контролировала поведение муравьев. Хьюз отметил, что под конец высокий процент клеток в организме хозяина превратился в клетки гриба — тот буквально сделал насекомое частью самого себя.
Но самое удивительное заключалось в том, что мозговая ткань осталась… нетронутой. «Обычно поведение животных контролируется мозгом, передающим сигналы мышцам, но результаты нашего исследования показывают, что паразит контролирует поведение хозяина с помощью периферических систем», объясняет Хьюз. «Почти 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?
До сих пор неизвестно, как именно гриб заставляет муравья двигаться по направлению конкретного листа. Ученые полагают, что факт целостности мозга — это на самом деле ключ к решению головоломки: гриб использует потенциал муравьиного мозга достаточно долго, чтобы тот был жив и смог самостоятельно найти 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 заставлять их уходить в лес.
Гаймодо Чарисса де Беккер, энтомолог из Университета Центральной Флориды, не принимавшая участия в последнем исследовании, уверена, что проделанная работа подтверждает тот факт, что гриб может контролировать хозяина с помощью специальных секреционных соединений, которые играют роль нейромедиаторов. На это указывают в первую очередь данные, полученные при изучении грибкового генома.
Почему для нас это так важно? Понимание механизма зомбирования открывает целый ряд перспектив.
В первую очередь, это синтез новых биологически активных соединений, которые могут быть использованы в качестве мощных лекарственных средств. Кроме того, ученые обратили внимание на то, что у гриба Ophiocordyceps kimflemingiae (родственного гриба-паразита) проявляются признаки активности в рамках «биологических часов»: одни гены гриба активны в дневное время, другие — в ночное. Судя по всему, ночью гриб активирует секрецию белков, которые могут взаимодействовать с мозгом хозяина, таким образом обеспечивая собственное доминирование над его нервной активностью. Кто знает, может быть в будущем подобный коктейль из имплантов и нейромедиаторов даст нам возможность управлять мозгом человека и, таким образом, раскрыть все его секреты?
Ученые выяснили, как «зомби»-грибок порабощает разум муравьев
https://ria.ru/20171108/1508382192.html
Ученые выяснили, как «зомби»-грибок порабощает разум муравьев
Ученые выяснили, как «зомби»-грибок порабощает разум муравьев — РИА Новости, 08.
11.2017
Ученые выяснили, как «зомби»-грибок порабощает разум муравьев
Система искусственного интеллекта помогла биологам понять, что паразитические грибки из рода Ophiocordyceps превращают муравьев в «зомби»напрямую перехватывая… РИА Новости, 08.11.2017
2017-11-08T11:59
2017-11-08T11:59
2017-11-08T11:59
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/1508382192.jpg?15083813531510131555
швейцария
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2017
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.
ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
открытия — риа наука, швейцария
Открытия — РИА Наука, Наука, Швейцария
МОСКВА, 8 ноя – РИА Новости. Система искусственного интеллекта помогла биологам понять, что паразитические грибки из рода Ophiocordyceps превращают муравьев в «зомби»напрямую перехватывая контроль над их мускулами, не меняя при этом работы их мозга, говорится в статье, опубликованной в журнале PNAS.
«Пытаясь раскрыть секрет работы этого грибка, мы проследили за тем, как его клетки взаимодействуют с организмом муравья в тот момент времени, когда муравей прикрепляется к листу над муравейником и умирает. Мы знали, что грибок умеет управлять работой отдельных тканей тела насекомого и меняет работу части его генов, но не понимали, как именно он дирижирует поведением своей жертвы», — рассказывает Маридель Фредериксен (Maridel Fredericksen) из университета Базеля (Швейцария).
Ученые выяснили, как «зомби»-паразит кошек управляет мозгом человека10 июня 2016, 17:28
В последние годы биологи открыли десятки примеров того, что паразиты могут напрямую управлять поведением хозяина. К примеру, вирус LdMNPV умеет заставлять гусениц шелкопряда забираться наверх деревьев и превращаться в «вирусную бомбу», а личинки мушек-горбаток заставляют пчел сбегать из улья. Кошачий паразит токсоплазма способен «перепрограммировать» память человека и мышей, делая первых склонными к суициду, а вторых – бесстрашными.
Самым «продвинутым» и интересным примером подобных паразитов являются грибки из рода Ophiocordyceps, поражающие муравьев, живущих в тропических лесах Южной и Центральной Америки. Когда этот «зомби»-грибок проникает в организм муравья, он радикальным образом меняет его поведение, заставляя его прикрепляться к веткам и листьям деревьев над муравейником и над тропинками, по которым муравьи отправляются на поиски еды в лес.
Дальнейшие наблюдения за поведением зараженных муравьев и самих грибков показали, что Ophiocordyceps действует крайне избирательным образом, проверяя их мозг на совместимость перед «зомбификацией». Если бы эти грибки сами не страдали от паразитов, то тогда бы они могли легко и очень быстро уничтожить почти все колонии муравьев в Новом Свете.
Фредериксен и ее коллеги раскрыли один из секретов успеха этих грибков, наблюдая за изменениями в работе нервной системы муравьев, зараженных спорами Ophiocordyceps и Beauveria bassiana, другого паразита насекомых, не способного управлять поведением своих жертв.
8 сентября 2011, 22:12
Для этого ученые использовали специальный сканер и суперкомпьютеры, позволявшие им получать полные трехмерные снимки тканей тела муравьев и следить за распространением грибка по ним. Решение этой задачи потребовало создания специальной системы искусственного интеллекта, способной отличать клетки муравья от клеток паразита.
Эти наблюдения раскрыли неожиданную вещь – оказалось, что нити грибка не проникают внутрь нервных узлов насекомого даже тогда, когда муравей уже находится под полным контролем паразита и все остальные части тела содержали в себе огромное количество клеток Ophiocordyceps. Это указало на крайне необычную методику «зомбификации», которую исповедует данный грибок.
Фактически, внутри муравья возникает трехмерная сеть из клеток паразита, управляющая работой всех ключевых органов насекомого. По сути, вместо муравья возникает необычный организм, роль «главной» нервной системы в котором, как остророжно отмечают ученые, начинает играть Ophiocordyceps.
Его жертва, по сути, является беспомощным зрителем.
«Как правило, поведением и движением животных управляет мозг, посылающий сигналы в мускулы и другие органы. Наши наблюдения показывают, что грибок «игнорирует» мозг и управляет телом муравья напрямую, воздействуя на сами мышцы его ног и челюстей. Можно сказать, что он является своеобразным незримым кукловодом, дергающим за ниточки марионеток», — продолжает биолог.
Мушка-паразит «зомбирует» пчел и заставляет сбегать из улья4 января 2012, 02:08
Как полагают ученые, Ophiocordyceps не трогает мозг муравья по одной простой причине – это помогает его жертве дожить до тех пор, пока грибок не будет готов дать потомство. Кроме того, мозг может быть необходим для того, чтобы муравей мог прикрепиться к поверхности листа, используя свои челюсти, которые грибок впоследствии «отключает», заставляя их мышцы атрофироваться.
Соответственно, уже сейчас можно говорить о том, что механизм «зомбификации» муравьев этими необычными грибками является гораздо более сложным и интересным, чем предполагали ученые несколько лет назад, когда они открыли первые необычные свойства этих паразитов.
Грибы-зомби-муравьи, зараженные собственными паразитами
Подпишитесь на информационный бюллетень CNN по теории чудес. Исследуйте вселенную, получая новости об удивительных открытиях, научных достижениях и многом другом .
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
Научно отнесенные к роду Ophiocordyceps, более двух десятков видов грибков-зомби-муравьев населяют земной шар, включая Флориду, Бразилию и Японию; ученые подозревают, что каждый из десятков затронутых видов муравьев имеет свой собственный специализированный штамм Ophiocordyceps.
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.
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.
«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.
Один из новых грибов, Niveomyces coronatus, вызывает появление белого налета на грибке муравья-зомби.
Жоао Араужо Эти 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.
Мэтью Кассон«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».
Зомби-грибок порабощает только свои любимые муравьиные мозги
При покупке по ссылкам на нашем сайте мы можем получать комиссионные.
Вот как это работает.
Паразитический грибок, который, как известно, манипулирует мозгом муравьев, не делает рабоподобных «зомби» из любого старого хозяина.
Вместо этого микроорганизм каким-то образом способен распознавать мозг разных видов муравьев и выпускает свой химический коктейль, контролирующий разум, только в том случае, если он находится в предпочитаемом им хозяине, как показывают новые исследования.
«Поведенческие манипуляции настолько сложны [характеристики], что они возникают только при очень близкой коэволюции между патогеном и хозяином», — говорит Чарисса де Беккер, молекулярный биолог из Пенсильванского государственного университета и ведущий автор нового исследования, опубликованного в Август в журнале BMC Evolutionary Biology.
«Теория состоит в том, что у каждого вида муравьев есть свои виды грибков, которыми они заражаются», — сказал де Беккер Live Science.
[Контроль над разумом: см. изображения муравьев-зомби]
Создание зомби
Грибы рода Ophiocordyceps — так называемые грибы-зомби-муравьи — нуждаются в муравьях для завершения своего жизненного цикла. Когда муравей сталкивается со спорами гриба во время кормления, грибок заражает насекомое и быстро распространяется по всему его телу.
Муравей-плотник, зараженный грибком зомби-муравья из рода Ophiocordyceps. Как только грибок убивает своего несчастного трутня, он отращивает из головы муравья стебель, выделяющий споры, чтобы заразить больше муравьев. (Изображение предоставлено Ким Флеминг) Грибковые клетки в голове муравья выделяют химические вещества, которые воздействуют на центральную нервную систему насекомого. Гриб заставляет муравья карабкаться по растительности и цепляться за лист или ветку, прежде чем убить своего незадачливого трутня. Затем из затылка жертвы вырастает стебель, выделяющий споры, чтобы заразить больше муравьев на земле внизу.
Де Беккер и ее коллеги задались вопросом, почему разные виды Ophiocordyceps заражают только определенных муравьев. «Это может быть по многим причинам», — сказала она. «Может быть, у муравьев разные жизненные циклы. Или, может быть, они никогда не сталкиваются со спорами».
Чтобы выяснить, может ли Ophiocordyceps зомбировать многие виды муравьев, исследователи сосредоточились на грибковом виде, известном как Ophiocordyceps unilateralis sensu lato (временное обозначение, пока не будет названо правильно). Обнаруженный в 2009 году ученым Кимом Флемингом в Южной Каролине, этот гриб превращает в муравьев-зомби двух видов муравьев-плотников: Camponotus castaneus и Camponotus americanus .
Команда ввела грибковый материал (в жидкой среде) двум видам муравьев, а также Camponotus pennsylvanicus и Formica dolosa , которые, как известно, не являются хозяевами грибка, несмотря на то, что живут в тех же районах, что и другие муравьи.
Они также провели контрольные эксперименты, в которых муравьев либо оставляли в покое, либо вводили им жидкость, не содержащую грибков.
Исследователи обнаружили, что грибок убил все три из видов Camponotus , применяя свой трюк контроля над разумом только на этих двух известных носителях. ( F. dolosa долго не выживал после любого инъекционного лечения.)
Обнаружение химических веществ, контролирующих разум
Затем де Беккер и ее коллеги хотели выяснить, выделяет ли грибок определенный набор химических веществ, которые позволяют ему управлять поведением C. castaneus и C. americanus, но не другие муравьи.
Грибок муравья-зомби Ophiocordyceps unilateralis sense lato можно увидеть растущим на муравье-плотнике в лаборатории. (Изображение предоставлено Чариссой де Беккер/Hughes Lab) «Мы взяли четыре вида муравьев, которых мы использовали для исследования инъекций, препарировали их мозг и сохранили [мозги] живыми, поместив их в среду для культивирования клеток насекомых», де — сказал Беккер.
«Мы добавили грибок в эту среду и дали ему прореагировать на окружающую среду, а затем мы извлекли среду, в которой были все молекулы, произведенные грибком».
Среда каждого муравья содержала тысячи уникальных химических веществ, многие из которых были неизвестны. Используя данные контрольных экспериментов, команда отсеяла химические вещества, которые, вероятно, производятся мозгом или грибком в ответ на воздействие среды, оставив сотни химических веществ, выделяемых грибком в ответ на воздействие мозга муравья.
Интересно, что грибок вырабатывал разные химические смеси для каждого вида муравьев, предполагая, что он «знает» мозг своего хозяина-мишени и реагирует соответствующим образом, сказал де Беккер. Грибок не эволюционировал вместе с C. pennsylvanicus или F. dolosa , поэтому он не может приготовить правильный коктейль для манипулирования ими.
Команде удалось идентифицировать два соединения, гуанидиномасляную кислоту (GBA) и сфингозин, которые, вероятно, участвуют в зомбировании двух своих хозяев — эти два соединения, по-видимому, также играют роль в некоторых неврологических расстройствах, отмечают исследователи.
Они также нашли много других соединений-кандидатов, но пока не могут их идентифицировать.
«Возможно, это будет целая смесь химических веществ, которые должны присутствовать в нужном количестве, работая вместе, чтобы манипулировать поведением муравьев», — сказал де Беккер.
Подпишитесь на Джозеф Кастро на Twitter . Следуйте за нами @livescience , Facebook и Google+ . Оригинальная статья о живой науке.
Будьте в курсе последних научных новостей, подписавшись на нашу рассылку Essentials.
Свяжитесь со мной, чтобы сообщить новости и предложения от других брендов FutureПолучайте электронные письма от нас от имени наших надежных партнеров или спонсоров Джозеф Беннингтон-Кастро — проживающий на Гавайях автор статей для Live Science и Space.com. Он имеет степень магистра научной журналистики Нью-Йоркского университета и степень бакалавра физики Гавайского университета.