Кордицепс гриб зараженные муравьи

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

Кордицепс однобокий и муравьи-зомби

Речь идет о паразите под названием кордицепс однобокий (Сordyceps unilateralis). Обычно споры этого гриба-паразита попадают на тело муравья и прорастают внутрь его организма. Весь этот процесс сопровождается выделением в тело муравья определенных веществ алкалоидной группы, которые и заставляют муравья забыть о своих нуждах и полностью подчиниться паразиту.

Пораженные этим грибом муравьи уходят из своего муравейника и начинают скитаться в одиночестве, подыскивая самое благоприятное место для жизни своего хозяина. Именно в этом и состоит главная цель кордицепса однобокого – с помощью муравья добраться до лучшего места, где он смог бы продолжить расти. Поскольку этот паразит не может расти ни высоко в кронах деревьев, ни на земле или близко к ней, муравью нужно отыскать место, где грибу идеально подойдет температура и влажность для размножения.

Когда подходящее для паразита место найдено, муравей погибает, и из его головы вырастает гриб, образуя коробочку со спорами. Споры, осыпаясь, попадают на других муравьев, которых вскоре постигнет известная участь.

Установлено, что этот гриб паразитирует уже 48 млн лет, о чем свидетельствуют окаменелости, найденные в месте бывшего немецкого кратера Grube Messel. Кроме того, паразиты, подобные кордицепсу, превращают в зомби не только муравьев, но и других существ. Например, паразит Toxoplasma gondii, который вызывает у людей токсоплазмоз, управляет своими промежуточными жертвами – мышами. Обычно он вмешивается в работу определенных частей мозга мыши, лишая её страха быть съеденной кошкой.

Всероссийский фотоконкурс «Широка моя страна»: покажите красоту любимых мест

Сайгаки: ликбез о степных антилопах

Мы пойдем на Север: экотуризм в нацпарке «Онежское Поморье»

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

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.

Материалы по теме

Жабий гриб

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

Гриб-манипулятор строит внутри муравья-зомби трехмерную сеть

Рис. 1. Графическая реконструкция мышечного волокна муравья, оплетенного трехмерной сетью паразитического гриба Ophiocordyceps unilateralis. Желтым цветом обозначены гифальные тельца и соединяющие их гифы. Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS

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).

Рис. 2. Мертвый муравей-древоточец, из головы которого выросло плодовое тело O. unilateralis. Фото с сайта nsf.gov

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.

Рис. 3. Приводящая мышца челюстей (A) и мускулатура конечностей (D) здорового муравья-древоточца. Аналогичные мышцы муравья, пораженного грибом B. bassiana (B, E) и грибом O. unilateralis (C, F). Бросаются в глаза промежутки между мышечными волокнами инфицированных муравьев, а также более высокая концентрация клеток O. unilateralis по сравнению с B. bassiana. Длина масштабного отрезка — 50 мкм. Фото из обсуждаемой статьи в PNAS

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. Поэтому неудивительно, что клетки O. unilateralis в большом количестве сосредоточены именно в челюстных мышцах муравья, которые являются самыми массивными в его организме (рис. 4).

Рис. 4. Мышцы муравья-древоточца, зараженные грибом O. unilateralis. A — гифальные тельца (HB) и связывающие их гифы (треугольники) между мышечными волокнами (М) в челюсти муравья. Длина масштабного отрезка — 50 мкм. B — цитоплазматические мостики (стрелки), соединяющие соседние гифальные тельца. Длина масштабного отрезка — 10 мкм. С — гифы (стрелки), вросшие внутрь мышечных клеток. Длина масштабного отрезка — 1 мкм. D — диаметры кружков показывают относительную долю гифальных телец, связанных друг с другом одним или несколькими гифами. Красным цветом показаны гифальные тельца, расположенные в мышцах головы муравья, синим — в мышцах конечности. Цифры по оси ординат означают номера изученных муравьев, звездочками отмечены зараженные муравьи, собранные мертвыми. E — диаметр черных кружков обозначает относительное число мышечных волокон муравья, в которые вросли один или несколько грибных гиф. Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS

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 Dicrocoelium dendriticum (Rudolphi, 1819) and Dicrocoelium hospes looss, 1907 (Trematodes, Dicrocoeliidae).

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. J. Gatkowska et al., 2012. Behavioral changes in mice caused by Toxoplasma gondii invasion of brain). А грибу O. unilateralis удается контролировать работу нервной системы хозяина дистанционно.

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.

Источник