Знаменитий грибок, що перетворює мурашок на слухняних зомбі, підніс вченим ряд сюрпризів. Виявилося, що він буквально воростає в тіло комахи і пожирає його клітини, роблячи з мураха своєрідний «м'ясний обладунок».
У бразильських мурахів-теслярів і без того нелегке життя доповнює досить дивна обставина - вони можуть перетворитися на справжніх зомбі. Це відбувається завдяки зараженню паразитичним грибком, суперечки якого проростають у тіло комахи і впливають на її симпатичну нервову систему. Заражений паразитом, мураха залишає затишок свого рідного гнізда і вирушає блукати в чащу лісу, умови якого більше підходять грибу для повноцінного дозрівання. Зазвичай мураха чіпляється лапками за нижню сторону аркуша, після чого завмирає, тим самим остаточно приносячи себе в жертву. Гриб продовжує розвиватися всередині його тіла, поки врешті-решт не пронизує головний відділ і не вивільнить нові суперечки. Весь цей процес займає приблизно 10 болісних днів, протягом яких більшу частину часу комаха залишається в живих. Жахіття наяву, чи не так?
Зомбі в реальному світі: що приховує гриб-паразит
Науці вже давно відомий цей феномен, проте досі вчені довго не могли зрозуміти, як саме паразитичний гриб O. unilateralis відіграє свою роль ляльковода. Його часто називали «мозковим паразитом», проте дослідження, опубліковане в лютому 2021 року в Proceedings of the National Academy of Sciences, спростовує цю теорію. Виявилося, що якраз мозок комахи залишається неушкодженим, а контроль за своїм господарем паразит здійснює шляхом впровадження в м'язові волокна по всьому тілу! По суті, заражений мураха стає для гриба свого роду «м'ясними обладунками» і засобом пересування, а частина клітин тканин мураха в процесі замінюються на грибні.
Щоб зробити це дивовижне відкриття, Девід Х'юз (а саме він вперше виявив гриб-паразит) почав широке дослідження, в якому взяла участь міжнародна команда ентомологів, генетиків, програмістів і нейробіологів. Мета роботи полягала в тому, щоб вивчити клітинні взаємодії між паразитом і його господарем в ході критичної стадії життєвого циклу першого - тієї, під час якої мураха вчіпляється в лист своїми потужними мандибулами.
Стадії зараження мураха паразитичним грибом
Провідний автор дослідження, Марідель Фредеріксен, кандидат в докторанти в Університеті Базельського зоологічного інституту, Швейцарія, заявила, що грибок виділяє тканеспецифічні метаболіти в організм господаря, викликаючи тим самим зміни в експресії генів. Це також призводить до атрофії м'язів нижньої щелепи мураха, щоб той вже ніколи не зміг розтиснути їх і дозволити своєму тілу впасти на землю - це викликало б передчасну загибель господаря або піддало б паразиту зайвому ризику. Втім, до початку роботи вчені не знали, як саме грибок координує свої дії, щоб так спритно маніпулювати організмом господаря.
Дослідження і відкриття
Для проведення дослідження вчені заразили мурашку-теслю O. unilateralis. При цьому деякі особини отримали дозу менш небезпечного, не зомбуючого грибкового патогена, відомого як Beauveria bassiana - вони служили в якості контрольної групи. Порівнюючи динаміку захворювання, викликаного цими двома грибами, дослідники змогли виділити специфічні фізіологічні прояви діяльності O. unilateralis у мурахів.
За допомогою електронних мікроскопів, група створила тривимірну модель, що дозволяє визначати місце розташування, чисельність і активність грибкових тканин всередині тіл комах. Для цього були взяті зразки цих тканин розміром всього 50 нм, а спостереження велося за допомогою приладів, здатних моніторити і обробляти зображення з частотою 2000 раз за 24 години. Щоб проаналізувати значний обсяг даних, вчені звернулися до штучного інтелекту: алгоритм, заснований на глибокому навчанні, в ході аналізу виділяв відмінності в діяльності грибкових і мурашиних клітин. Це дозволило дослідникам наочно побачити те, на якій стадії захворювання тканини організму все ще належали комахи, а де вже були перетворені на гриб.
Комп'ютерна імітація того, як нитки грибних клітин вражають у м'язову тканину господаря
Результати виявилися одночасно надзвичайно цікавими і страшними. Клітини O. unilateralis поширювалися по всьому тілу мураха, від голови і грудного відділу до живота і ніг. Більш того, вони були взаємопов'язані, створюючи свого роду колективну біологічну мережу, яка і контролювала поведінку мурашок. Хьюз зазначив, що під кінець високий відсоток клітин в організмі господаря перетворився на клітини гриба - той буквально зробив комаху частиною самого себе.
Але найдивовижніше полягало в тому, що мозкова тканина залишилася... недоторканою. «Зазвичай поведінка тварин контролюється мозком, що передає сигнали м'язам, але результати нашого дослідження показують, що паразит контролює поведінку господаря за допомогою периферичних систем», пояснює Хьюз. «Майже як ляльковод, що тягне за нитки, щоб керувати рухами маріонетки, грибок також контролює м'язи мураха, маніпулюючи кінцівками і мандибулами господаря».
Чи може паразит впливати на мозок?
Досі невідомо, як саме гриб змушує мураха рухатися у напрямку конкретного листа. Вчені вважають, що факт цілісності мозку - це насправді ключ до вирішення головоломки: гриб використовує потенціал мурашиного мозку досить довго, щоб той був живий і зміг самостійно знайти відповідний «майданчик» для розмноження паразита. Інша теорія полягає в тому, що гриб побічно впливає на мозок, зокрема на його сенсорні функції, щоб «керувати» мурахами і змушувати їх йти в ліс.
Гаймодо Чарісса де Беккер, ентомолог з Університету Центральної Флориди, яка не брала участі в останньому дослідженні, впевнена, що виконана робота підтверджує той факт, що гриб може контролювати господаря за допомогою спеціальних секреційних сполук, які відіграють роль нейромедіаторів. На це вказують в першу чергу дані, отримані при вивченні грибкового геному.
Чому для нас це так важливо? Розуміння механізму зомбування відкриває цілий ряд перспектив. В першу чергу, це синтез нових біологічно активних сполук, які можуть бути використані в якості потужних лікарських засобів. Крім того, вчені звернули увагу на те, що у гриба Ophiocordyceps kimflemingiae (спорідненого гриба-паразита) проявляються ознаки активності в рамках «біологічного годинника»: одні гени гриба активні в денний час, інші - в нічний. Судячи з усього, вночі гриб активує секрецію білків, які можуть взаємодіяти з мозком господаря, таким чином забезпечуючи власне домінування над його нервовою активністю. Хто знає, може бути в майбутньому подібний коктейль з імплантів і нейромедіаторів дасть нам можливість керувати мозком людини і, таким чином, розкрити всі його секрети?