Кордицепс однобокий – представитель семейства Офиокордицепсовые. Это паразитирующий вид грибов, поражающий муравьев-древоточцев. Он обладает лекарственными свойствами.
Латинское название гриба — Ophiocordyceps unilateralis.
Описание кордицепса однобокого
Этот гриб выглядит не просто необычно, а совсем не так, как другие грибы. Он состоит из двух частей – первая часть мертвый муравей, а вторая гладкий росток.
Когда муравей погибает, отросток гриба выходит прямо из его затылка. На конце этого отростка находится коробочка со спорами, с помощью которых происходит размножение.
Многие до сих пор спорят, является кордицепс представителем флоры или фауны.
Места произрастания кордицепса однобокого
Кордицепс однобокий распространен в тропических лесах. Эти грибы поселяются там, где обитают муравьи-древоточцы, а именно — в Бразилии, Африке, Японии. Кроме того, кордицепсы однобокие были обнаружены в Германии.
Как кордицепс однобокий зомбирует насекомых?
Сегодня очень популярна тема зомби, про это снято много фильмов. Даже сложно поверить, но настоящих зомби можно встретить в тропических лесах – ими становятся муравьи. Особенность кордицепсов однобоких в том, что они изменяют поведение хозяина.
Эти грибы проявляют адаптивную манипуляцию паразита. Как уже отмечалось, они паразитируют именно на муравьях-древоточцах.
Когда споры гриба попадают в тело муравья, они выделяют вещества алкалоидной группы, именно они заставляют муравья забыть собственные инстинкты и подчиниться грибу, который его атаковал.
Зараженный муравей покидает колонию, забирается на высоту примерно 30 сантиметров, и крепится на центральной жилке листа. Таким способом гриб обеспечивает себе наиболее оптимальные условия для распространения спор.
Это и есть главная цель гриба – с помощью муравья найти наилучшее место для своего размножения. Гриб дает команду муравью найти такое место, где будет оптимальная влажность и температура. Муравей держится настолько крепко за лист, что его не может смыть дождь или оторвать ветер.
Насекомое еще живое, но оно не способно бороться с захватчиком.
Затем гриб-паразит прорастает через все тело муравья. Муравей погибает. Плодовое тело красно-коричневого окраса торчит прямо из головы муравья. После смерти муравья, споры гриба продолжают распространяться. Его корни проникают в мягкие ткани муравья и проходят через все тело.
Тело насекомого для гриба становится защитным футляром. Сам гриб по длине в 2 раза превышает тело муравья. От муравья остается только большая грибница.
Кордицепс однобокий сразу начинает вырабатывать мощный противомикробный препарат, чтобы его не съели мелкие падальщики, из-за этого тело муравья превращается в мумию.
Процесс роста гриба занимает 4-10 дней. Споры осыпаются и падают на других муравьев, которым тоже суждено превратиться в зомби.
Паразитические кордицепсы еще 48 миллионов лет назад управляли телами насекомых, о чем свидетельствует окаменелость, обнаруженная на территории немецкого карьера Мессель.
Поведение зараженных муравьев специфическое, их не зря называют «зомби» — они страдают от судорог, падают с деревьев и не могут отыскать путь к своему муравейнику. Если муравью не удается забраться наверх, то гриб перестает развиваться или растет с аномалиями, но бедное насекомое погибает в любом случае.
Кордицепсу однобокому под силу уничтожить целую колонию муравьев. Поэтому муравьи защищаются – они чувствуют больного собрата и прогоняют его. Если гриб попадает в гнездо муравьев, то они оттаскивают его как можно дальше.
Средняя плотность заражения муравьев кордицепсом однобоким составляет 20-30 особей на 1 квадратный метр.
Хозяйственное значение энтомопатогенных грибов
Благодаря тому, что грибы-паразиты поражают насекомых, их порой применяют в сельском хозяйстве для сокращения численности вредителей, вместо пестицидов.
Лечебные свойства кордицепса однобокого
В кордицепсе содержатся разнообразные известные и неизвестные активные метаболиты, которые используются в препаратах с гипогликемическими, противоопухолевыми, гипохолестеринемическими и иммуномодулирующими свойствами
Родственные виды
Кордицепс серо-пепельный – несъедобный гриб-паразит. Плодовое тело у него жесткое, изогнутое, с овальной или круглой головкой. Окрас плодового тела серо-коричневый или черно-коричневый. Головка с желтоватыми пупырышками.
Растет кордицепс серо-пепельный на личинках насекомых, а также на почве. Встречается одиночно, но может попадаться и небольшими группами. Плодоносит с лета по осень.
Кордицепс военный также несъедобен. Форма плодового тела веретеновидная эллипсовидная или булавовидная. Ножка цилиндрическая. Окрас плодового тела оранжевый, а ножки почти белый. Мякоть волокнистая, беловатого цвета.
Растут кордицепсы военные на куколках, зарывшихся в почву. Плодоносят с июня по октябрь.
Гриб-манипулятор строит внутри муравья-зомби трехмерную сеть • Новости науки
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).
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 боверииученые 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.
Ранее ученые предполагали, что гриб O. unilateralis специально провоцируетатрофию 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 челюстныхмышцах муравья, которые являются самыми массивными в его организме (рис. 4).
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.
См. также:
Зомбирующий гриб оказался куда опаснее, чем считали 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».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?
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 новое исследование, опубликованное на этой неделе 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, 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.
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?
http://www.pnas.org/content/early/2017/11/06/1711673114.full
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».
Сергей Коленов
Кордицепс — грибок-паразит, который заставляет умирать муравьёв там, где ему нужно
?
postmodernism
September 9 2019, 13:09
Categories:
- Медицина
- Криминал
- Животные
- Cancel
Зомбифицирующий грибок паразит кордицепс заставляет муравьёв погибать у входа в муравейник, чтобы споры грибка как можно быстрее нашли новых хозяев.
Грибы рода кордицепс, паразитирующие на различных насекомых, известны своим умением управлять поведением жертв. Поселившись, например, в муравье, гриб влияет на его нервную систему таким образом, чтобы муравей погиб именно в том месте, где нужно грибку.
Так, паразит Ophiocordyceps camponoti-rufipedis, заражающий муравьёв-древоточцев Camponotus rufipes, заставляет свои жертвы перед смертью ползти на нижнюю сторону какого-нибудь листа и умирать, впившись челюстями в жилку листа. После этого из трупа муравья гриб прорастает наружу и рассеивает споры.
Такое поведение насекомого достаточно необычно, так что кордицепсы называют грибами-зомбификаторами, превращающими муравьёв в зомби, подчинённых чужой воле.
Казалось бы, чтобы гарантировать распространение спор, гриб должен, наоборот, гнать муравья в муравейник. Однако у муравьёв хорошо работает санитарная служба – если в муравейнике обнаруживается мёртвый муравей, его быстро оттаскивают на «кладбище», куда никто не ходит.
Можно сказать, что у муравьёв работает социальный иммунитет. Зоологи из Университета штата Пенсильвания убедились в этом, поставив такой эксперимент: в несколько муравейников забрасывали трупы насекомых с грибом внутри.
Сам опыт ставили в естественной среде, то есть с настоящими муравейниками, а не с лабораторными, причём половина из них были пустыми, то есть без муравьёв вообще.
Как пишут исследователи в своей статье в PLoS ONE, гриб не смог дать спор ни в одном случае. Если его забрасывали в муравейник с живущими в нём муравьями, то часть заражённых трупов просто исчезала – хозяева очищали дом от потенциальной заразы.
Однако, что важно, паразитический грибок не мог развиваться даже в пустых муравейниках. То есть, видимо, кордицепсу мешал сам микроклимат муравьиного дома, локальные экологические условия.
Так что понятно, почему гриб побуждает свою жертву отойти от муравейника.
Однако это ещё не всё. Дэвид Хьюз (David Hughes) вместе с коллегами проанализировал расположение муравьиных трупов, подвешенных к листьям, вокруг муравьиных же колоний в лесах на юго-востоке Бразилии.
В течение 20 месяцев зоологи оценивали, насколько муравьи в той или иной колонии страдают от паразитов, где именно висят заражённые мертвецы и каков рисунок муравьиных троп вокруг их гнезда.
Оказалось, что, хотя гриб и не стремится попасть в муравейник, он направляет муравья-хозяина поближе к главным тропинкам, ведущим в муравейник.
Фактически, кордицепс заставляет муравья умирать рядом с порогом в дом: с одной стороны, на преддверную территорию социальный иммунитет муравьёв уже не распространяется, труп отсюда никто убирать не будет, с другой стороны, тут постоянно кто-то ходит, и гриб гарантированно заразит кого-нибудь своими спорами.
Однако, как отмечают авторы работы, несмотря на такое «хитроумие» паразитического грибка, это вовсе не приводило к вымиранию муравьиных колоний.
То есть паразит был чем-то вроде хронического заболевания, которое можно держать в рамках, но от которого всё же нельзя полностью избавиться.
Возможно, чем больше мы узнаем про взаимоотношения кордицепса и муравьёв, тем быстрее поймём, как бороться с токсоплазмой – ещё одним известным паразитом, который меняет поведение хозяев и вызывает болезнь токсоплазмоз.
Источник: nkj.ru
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?
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
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.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
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.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Стадии заражения муравья паразитическим грибом
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.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
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.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Компьютерная имитация того, как нити грибных клеток врастают в мышечную ткань хозяина
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
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.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
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.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
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?
Грибы управляют муравьями, минуя мозг
Представьте, что паразит вторгся в ваше тело, захватил ваши мышцы и затем полностью перехватил управление вашим поведением, превратив вас в марионетку из мяса и костей.
Это всё может звучать как сюжет фильма ужасов, но в природе такие паразиты действительно встречаются. К счастью, для людей они безопасны, так как поражают только насекомых, преимущественно муравьёв.
Новое исследование раскрыло механизм, с помощью которого грибы-паразиты управляют муравьями.
«Гриб, превращающий муравьёв в зомби», кордицепс однобокий, по-латински — Ophiocordyceps unilateralis, — паразит, встречающийся преимущественно в тропических лесах. Впервые описан в 1859 г. британским натуралистом Альфредом Расселом Уоллесом (Alfred Russel Wallace).
После того, как паразит инфицирует муравья-древоточца, он начинает управлять телом насекомого, побуждая его подняться повыше. Нередко гриб заставляет жертву вгрызться в стебель или в поверхность листа, где животное и погибает.
На протяжении 10 дней паразит продолжает развиваться в мёртвом теле муравья, а затем спороносная часть гриба прорастает сквозь трупик жертвы (чаще всего через голову) и начинает распространять смертельно опасные споры, заражая новых насекомых.
Ужасно, конечно, но ничего нового — о существовании гриба, способного контролировать поведение муравьёв-древоточцев, учёным давно известно.
Однако раньше — до недавней публикации, появившейся в издании Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), считалось, что гриб-паразит управляет жертвой, используя её мозг.
Теперь же исследователям удалось установить, что на самом деле гриб окружает мышечные волокна муравья, а не его нервную систему.
Группа исследователей из Университета штата Пенсильвания (The Pennsylvania State University) под руководством Дэвида Хьюза (David Hughes) в своей работе использовала электронную микроскопию и 3D-моделирование. Учёным удалось установить, что клетки гриба-паразита соединяются между собой, формируя особую сеть, которая и управляет движениями муравья.
Для дальнейшего изучения и анализа полученных данных исследователи использовали искусственный интеллект и технологии машинного обучения.
В результате они обнаружили, что гриб способен управлять движениями головы, груди, живота и ног муравья-древоточца, не проникая в его мозг.
«Эти наблюдения меняют сложившиеся представления о фенотипических особенностях паразитических грибов. Исследование показало, что паразит может управлять поведением организма хозяина, не проникая в мозг насекомого. Кроме того, работа продемонстрировала, что клетки паразита могут взаимодействовать между собой, чтобы изменить поведение хозяина», — сообщается в статье.
«Фактически, эти манипулируемые животные были грибами в «костюмах» муравьёв», — добавляет Дэвид Хьюз.
Другая статья, опубликованная в PLOS One энтомологом Кариссой де Беккер (Charissa de Bekker) из Университета Центральной Флориды (University of Central Florida), описывает «биологические часы» паразитов.
Беккер обнаружила, что гриб активирует определённые гены днём и другие — ночью, предположительно, для того, чтобы более аккуратно управлять инфицированным муравьём.
Хотя результаты этих исследований больше похожи на сюжет фильма ужасов, чем на научную работу, в действительности они обладают прикладной ценностью.
«Это поможет нам лучше разобраться с механизмами, лежащими в основе важнейших взаимодействий «паразит—хозяин», — заключает Беккер. — А такое понимание, в свою очередь, будет способствовать разработке более эффективных стратегий биологического контроля популяций насекомых».
Кроме того, хотя ни один паразитический гриб (к счастью) не эволюционировал таким образом, чтобы начать «перехватывать» управление человеческим организмом, изучение грибов-паразитов может быть полезным и для медицины.
Дело в том, что при некоторых заболеваниях у пациентов нарушается связь между мозгом и мышцами.
И создание искусственных «паразитов», управляющих скелетной мускулатурой, могло бы помочь таким больным избавиться от паралича и восстановить подвижность.
Загрузка...
