Как грибы управляют муравьями

Ученые выяснили, как «зомби»-грибок порабощает разум муравьев

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).

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.

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.

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.

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

Муравьи-зомби. Как гриб превращает муравьев в безвольных кукол

Зомби-апокалипсис — популярнейший сюжет мирового кинематографа.

Страшный вирус или бактерия превращает людей в безумных существ, пожирающих окружающих.

То, что для обычного человека лишь развлекательный сюжет, который щекочет нервы, в живой природе — реальность!

Классический пример — удивительный гриб, который превращает широко распространенных муравьев-древоточцев в настоящих зомби и вполне способен устроить зомби-апокалипсис в одном конкретно взятом муравейнике.

Кордицепс однобокий и муравьи

Древоточцы — один из крупнейших в мире родов муравьев, насчитывающий около тысячи видов.

Распространены повсеместно и хотя предпочитают обитать в лесах, встречаются даже в пустынях. Живут древоточцы на Земле давно и успели расселиться по всем континентам (кроме Антарктиды) и зоогеографическим зонам.

Как следует из названия муравейники размещают преимущественно в древесине.

Последние как минимум 50 миллионов лет в тропических лесах бедных муравьев преследует коварный паразит , который за пару недель превращает активное насекомое в бесхребетного зомби с единственной задачей: обеспечить для гриба максимально удобные условия и место для размножения.

Процесс отточен и протекает достаточно быстро:

• в течение первых 2-3 недель после заражения гриб развивается в тканях живого муравья и образует внутри его тела трехмерную сеть, оплетающую практически все внутренние органы и даже отдельные мышечные волокна. Причем, что удивительно, мозг и нервную систему насекомого гриб не трогает;

• по окончании первой фазыКордицепс начинает выделять в тело насекомого целый коктейль химических веществ (алкалоиды, спирт сфингозин , гуанидиномасляную кислоту и другие), который заставляет насекомое покинуть муравейник;
• больное насекомое начинает скитаться по округе, выбирает под управлением гриба определенное место для смерти , вцепляется жвалами в жилку листа и погибает от истощения;

• после смерти из головы муравья прорастает плодовое тело гриба (длинная ножка, на конце которой размещается коробочка со спорами), которое разбрасывает сотни тысяч спор в радиусе более чем квадратного метра.

Кордицепсу однобокому для размножения подходит очень узкий набор условий: он не может нормально развить плодовое тело высоко над землей, ни прямо на ней, ему вредны прямые лучи солнца и чрезмерная сухость воздуха.

Гриб заставляет муравья долго и тщательно выбирать место смерти: на северной стороне дерева, приблизительно на высоте 20-30 см над поверхностью земли и обязательно с нижней стороны листа.

Как ему удается это сделать и какие функции выполняет трехмерная сеть грибных гифов и гифальных телец в организме муравьев, а также выделяемые ей вещества, ученые точно не знают до сих пор.

Единственное, что ясно: паразит контролирует поведение хозяина через периферические системы и не затрагивает мозг.

Словно кукловод, который дергает за нити, управляя марионеткой, грибок контролирует насекомое, манипулируя им.

Кстати, «зомбирование» (или управление поведением) хозяина в природе встречается не так уж и редко.

Самый известный пример — кошачий паразит токсоплазма , которая лишает грызунов (промежуточного хозяина) страха перед кошками и даже заставляет их испытывать возбуждение от запаха кошачьей мочи!

Спасибо, если ставите после прочтения лайк 👍 И подписывайтесь на канал, чтобы видеть в ленте больше познавательных статей!

Источник