Гриб который зомбирует муравьев
Ведущий автор исследования, Маридель Фредериксен, кандидат в докторанты в Университете Базельского зоологического института, Швейцария, заявил, 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 новом 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?
Источник
Зомбирующий муравьев гриб научился распознавать мозг своих жертв
Гриб-паразит, который превращает муравьев в зомби, выделяет специальный «коктейль» химических веществ, который поражает мозг насекомых только одного вида, на других муравьев он не действует, выяснили американские ученые. Первое исследование этих соединений представлено в журнале BMC Evolutionary Biology, а кратко о нем рассказывается в пресс-релизе Университета штата Пенсильвания.
Гриб кордицепс однобокий (Ophiocordyceps unilateralis) меняет поведение насекомого-хозяина: зараженный муравей-древоточец уходит из муравейника и начинает скитаться, подыскивая паразиту оптимальное место для размножения. Когда оно находится, насекомое погибает, а из его головы вырастает плодовое тело гриба, откуда потом высыпаются споры, падающие на землю и заражающие других древоточцев.
Ученые впервые обнаружили в Северной Америке паразитический гриб кордицепс. Обычно он обитает в тропическом поясе. Чтобы проверить избирательность действия паразита, они заразили им муравьев-древоточцев (Camponotus) и насекомых другого рода — формика (Formica). Оказалось, что кордицепс может убивать и формицинов, но не способен управлять их поведением.
Чтобы выяснять молекулярные механизмы этого явления, ученые извлекли мозг двух видов муравьев и поместили его в пробирку. Как и ожидалась, при контакте с этими тканями паразит выделял разные химические соединения. На мозг древоточца кордицепс реагировал несколькими сотнями неизвестных веществ. Ученым удалось определить два из них — это гуанидиномасляная кислота и сфингозин.
Гуанидиномасляная кислота является нейроактивным веществом, вызывающим конвульсии и эпилептические припадки у животных. Ее же нашли у китайского гриба Trogia venenata, контакт с которым, вероятно, ежегодно приводит к смерти нескольких десятков жителей провинции Юньнань. L-треосфингозин участвует в работе сфинголипидов, которые играют важную роль в передаче клеточного сигнала и в клеточном распознавании.
Исследователи выделили два этих вещества и подвергли муравьев-древоточцев их воздействию, однако ничего похожего на поведение насекомого под воздействием кордицепса обнаружено не было. Скорее всего, в зомби муравьев превращает комбинированное воздействие множества химических соединений, отмечают ученые.
Источник
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».
Источник
Как грибы превращают муравьев в зомби
Паразитический гриб кордицепс способен для достижения своих целей кардинально изменять поведение насекомого, буквально превращая его в зомби. О том, как это происходит, читайте в материале «Рамблера».
Чтобы превратить муравья в послушную марионетку, кордицепс проникает в организм насекомого через дыхательную систему, нарушает его систему восприятия запахов и циркадные ритмы. Таким образом умный паразит делает насекомое транспортным средством, которое доставит его в оптимальное место для распространения спор и развития.
Муравей-зомби оставляет свой муравейник, отыскивает подходящее растение, взбирается на него, находит лист с подходящей для развития кордицепса влажностью и впивается в него челюстями. В таком положении насекомое остается до самой своей гибели.
После того, как муравей погиб, его тело становится средой для созревания паразита. Вскоре из затылка насекомого появляется отросток гриба с большим количеством спор, которые затем распространяются под растением, чтобы вновь заражать проползающих мимо муравьев.
Исследователи из Университета Центральной Флориды попытались объяснить этот вопрос на молекулярно-генетическом уровне, заразив муравьев спорами кордицепса и наблюдая, как это скажется на генах и насекомого, и гриба-паразита.
В результате специалисты выявили некоторое количество гены, позволяющих кордицепсу создавать ферменты и токсины, с помощью которых ему удается оказывать воздействие на поведение зараженного муравья. У насекомых же в свою очередь были обнаружены гены-«мишени», по которым бьет кордицепс. Гриб-паразит, атакуя эти «мишени», нарушает работу связанных с циркадными ритмами генов, сбивая режим дня насекомого. Кроме того кордицепс губительно действует на обоняние муравья, а ведь именно оно является главным способом общения насекомого со своими собратьями.
Тем не менее, несмотря на множество исследований, у ученых, изучающих кордицепс и зараженных его спорами муравьев, до сих пор нет совершенно точного ответа, как именно грибу удается манипулировать поведением насекомого.
Источник