Грибы делают муравьев зомби

Как грибы-паразиты превращают муравьев в зомби?

Наверное, в мире не существует человека, который ни разу в своей жизни не смотрел фильмы о зомби — мертвых существах, которые совершенно по разным причинам ожили и начали охотиться на живых созданий. Некоторым людям в это трудно поверить, что ожившие мертвецы реально существуют и представляют собой муравьев, зараженных паразитирующим грибком под названием кордицепс. Ранее ученые были уверены, что опасный грибок управляет телами насекомых проникая в их мозг, но все оказалось гораздо проще — он контролирует только мышцы.

Американские биологи узнали об этом, изучив поведение паразитирующего грибка вида Ophiocordyceps. В ходе наблюдений они выяснили, что оказавшись на теле муравья, споры грибка пробивают его твердую оболочку и проникают внутрь насекомого, полного липким веществом. В нем располагаются так называемые гифальные трубки, которые пронизывают все тело муравья и даже мышцы. Захватив контроль над мышцами, грибок может управлять движениями насекомого.

Грибок превращает насекомых в зомби

Используя микроскоп, ученые заметили, что грибок полностью уничтожает сарколемму — поверхность мышечных волокон. При этом места соединения мышц с мозгом остаются целыми и невредимыми, и это говорит о том, что паразит каким-то образом все же взаимодействует с мозговыми импульсами. Как именно это происходит, ученым пока не ясно, но зато они теперь точно знают, что превращение муравья в зомби происходит без непосредственного проникновения грибка в мозг.

Муравьиные мышцы, захваченные грибком-паразитом

Захватив контроль над телом муравья, грибок кордицепс заставляет его подняться на самую высокую ветку. После достижения вершины происходит нечто еще более удивительное — повинуясь командам грибка, муравей кусает ветку с такой силой, что его голова разрывается на части. Насекомое, разумеется, окончательно умирает, но споры паразитирующего гриба, накопившиеся в его голове, падают с высокой ветки вниз и заражают находящихся ниже муравьев.

То, что грибок превращает насекомых в зомби не воздействуя напрямую на мозг, а в первую очередь захватывая мышцы — большое научное открытие. Несмотря на это, паразитирующие грибы все равно остаются крайне загадочным царством живой природы с чертами как растений, так и животных. Например, ученым до сих пор не ясно, почему внутри зараженных насекомых образуются маленькие пузырьки. Некоторые эксперты считают, что эти крохотные частички выделяют вещества, необходимые для управления чужими телами. Возможно, оно так и есть, но этот вопрос важно изучить подробнее.

Грибы-паразиты в России

Как бы неожиданно это не звучало, паразитирующие грибы существуют и в России. Их наверняка видел каждый — в лесу, на коре некоторых деревьев можно заметить довольно большие наросты. Ими являются грибы трутовики, которые хоть и не заражают людей и животных для последующего контролирования их тел, но все же являются паразитами.

Споры этого грибка проникают внутрь дерева сквозь расщелины и распространяются по всей древесине, разрушая ее. Зараженные трутовиками деревья легко ломаются и, соответственно, живут не так долго, как могли бы.

Как появляются пауки-зомби?

В ходячих мертвецов могут превратиться не только насекомые, но и членистоногие пауки. Известно, что они превращаются в зомби после нападения особого вида ос, которые откладывают на их спинах яйца. Вылупившиеся личинки впрыскивают в тела пауков вещество, которое заставляет их производить особенно прочный вид паутины, из которого плетется безопасный кокон для спокойного развития осиных личинок.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих материалов нашего сайта!

Новости, статьи и анонсы публикаций

Свободное общение и обсуждение материалов

Иногда кажется, что самые интересные открытия в области изучения древних животных совершаются где угодно, только не в России. Однако, на самом деле, это дале…

Знаете ли вы, что объединяет 99% известных на сегодняшний день живых существ, включая людей? Все они обладают особенностью, известной как двусторонняя симмет…

В 1861 году на территории государства Бавария было найдено окаменелое перо неизвестного науке животного. Возраст останков составлял около 150 миллионов лет, …

Источник

Зомбирующие грибы лишили муравьев сна и обоняния

Мертвый муравей, зараженный грибом Ophiocordyceps sp.

Katja Schulz / Flickr

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

Абсолютный паразит: зомбирующий гриб оказался еще сложнее и опаснее, чем думали ученые

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. Гриб продолжает развиваться внутри его тела, пока в конце концов не пронзит головной отдел и не высвободит новые споры. Весь этот процесс занимает примерно 10 мучительных дней, на протяжении которых большую часть времени насекомое остается в живых. Кошмар наяву, не правда ли?

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?

Источник