б

Батрахоспермум № 16(78) - Зомби-паразитизм!



Гусеница бабочки-капустницы (Pieris brassicae) жадно дырявит капустный лист нашего любимого кочана, но мы не злимся на нее, а сочувствуем. Эта гусеница, конечно, вредитель, но в данном случае она же и жертва: внутри нее сидят несколько десятков яиц паразитического наездника Cotesia glomerata, и пища, поглощаемая гусеницей, идет не столько на поддержание ее жизнедеятельности, сколько на развитие этих мерзких яиц.
Проходит время, и из них вылупляются личинки, а когда немного подрастут, парализуют свой живой домик и прогрызают в нем выход наружу. Убивать гусеницу им не нужно – ее тело им еще пригодится, поэтому, чтобы она не истекла жидкостями, паразитические личинки заботливо сворачивают ей гемолимфу и по выходе из тела залатывают выходные отверстия кусочками собственных тканей.
Когда гусеница снова обретает способность двигаться, личинки уже вьют себе коконы, так что она помогает им закончить – наворачивает на скопление коконов дополнительный слой шелка. Будто личинки – ее детки, которых она «родила», этакие «дочки-матери» для детеныша бабочки. И разумеется, на произвол судьбы «роднуль» бросать нельзя – гусеница забирается на паразитический приплод и охраняет его от врагов, покачиваясь вперед-назад, словно зомби...


В этом видеоролике показано то, что описано выше. Посмотрите также флеш-видео вот здесь, очень красиво.

Божья коровка кажется еще более надежным охранником: пятнистые надкрылья предупреждают о том, что у обидчика будут большие проблемы в случае атаки, а ежели не дошло – на тебе, гад, гемолимфу горькую в пасть! Наездники Dinocampus coccinellae самой надежной «крышей» считают североамериканских божьих коровок Coleomegilla maculata. Личинка, которая вылупляется из единственного яйца, отложенного в божью коровку самкой паразита, питается ее внутренностями, а через три недели, когда решит окуклить себя, вылезает из жука через щель в экзоскелете и плетет кокон меж его ног. Тело божьей коровки уже свободно от паразита, но она не спешит улетать на небо за хлебом – своим могучим корпусом она прикрывает кокон, и ни один агрессор не посмеет потревожить покой паразитической куколки под охраной опасного жука, особенно когда он дрыгает лапками. Через неделю из кокона выходит взрослый наездник и улетает, а его экс-телохранитель в большинстве случаев тихонько помирает с чувством выполненного долга (Maure et al., 2011).

Только никаким «долгом» тут, конечно, не пахнет. Ни одно благоразумное создание не станет добровольно взращивать и оберегать своих паразитов, готовых при первой необходимости свести хозяина в могилу. Тут попахивает зомби. Когда самка наездника вонзает свой яйцеклад в божью коровку или гусеницу капустницы, одновременно с откладкой яиц она впрыскивает порцию химических веществ, порабощающих нервную систему жертвы. Казалось бы, внешне ничего не меняется: гусеница по-прежнему грызет капустные листья, а божья коровка охотится на тлей. Но личность уже утеряна – насекомые превращены в бездушные ходячие инкубаторы, обеспечивающие пищей паразитическое потомство внутри своих тел. И подобное на удивление широко распространено в животном мире, от насекомых и пауков до рыб и млекопитающих.

Хозяин болен

Несчастные зомби обеспечивают паразитам защиту разными способами. Кого-то «нанимают» охранником, а, например, вынашивающий личинку мухи шмель по осени зарывается насмерть в почву, где паразитической куколке относительно тепло зимой и не страшны хищники. В дождевых лесах Коста-Рики паук Anelosimus octavius вдруг меняет архитектуру паутины: вместо обычного переплетения нитей возникает платформа, а над ней уплотненный навес от дождя – идеальное убежище для личинки паразитического наездника, пока что живущей внутри его зомбированного тела. Создав сей шедевр членистоногого зодчества, паук помирает на месте, а выбравшаяся из него личинка заворачивается в кокон у края платформы и свисает вниз сквозь специальное отверстие, заранее проделанное в платформе заботливым пауком (Eberhard, 2010).


Паук Leucauge argyra с личинкой наездника Hymenoepimecis argyraphaga на брюшке и убогая модификация паутины, которую он строит под влиянием паразита.

Другой коста-риканский паук, Leucauge argyra, вынашивает яйцо паразита на брюшке, а затем и личинку, которая цепляется за него, будто зловещий рюкзачок, и сосет его соки в течение недели-другой. Затем окрепшая личинка заставляет паука порвать его ловчую сеть и построить новую, которую и сетью-то не назовешь: всего-навсего две перекрещивающиеся толстые паутинные нити. За эту несложную работу личинка вознаграждает работника тем, что досасывает его до конца, отправляя на тот свет. После этого она сплетает себе кокон, свисающий с перекрестья нитей и практически не досягаемый для хищников.

Иногда, чтобы дожить до следующей стадии развития, паразиту требуется тонкая настройка поведения хозяина. Малярийный плазмодий сначала развивается в комарах, потом в человеке. Но вот незадача: комар питается кровью и вынужден то и дело кружить возле вкусного примата, который не сильно волнуется о судьбе сидящего в насекомом плазмодия и в любой момент может исключить обоих из дальнейшей борьбы за выживание ловким движением руки. Чтобы уменьшить этот риск, плазмодий, пока развивается в комаре, заставляет хозяина поумерить аппетиты. Зараженный комар скромен, не столь активно ищет людей по ночам и не очень долго сосет кровь, а если ему не удается найти бесконечно брызжущий фонтан вечной крови, то особо упорствовать в поиске не будет. Вот когда плазмодий дозреет до переселения в человека, тогда он перепрограммирует комара в обратную сторону, и он становится отчаянным и ненасытным, неустанно кусает людей во все места по нескольку раз, даже если он уже под завязку набит кровью и вот-вот лопнет. Если вы прихлопнете его сейчас – невелика беда, плазмодий уже успел перебраться внутрь вас, готовьте градусник.


Домовый сверчок (Acheta domesticus) питается мертвыми насекомыми и подхватывает личинку волосатика Paragordius varius, которая растет внутри него, а потом заставляет сверчка совершить суицидальный прыжок в водоем, где проходит взрослая стадия волосатика.

В случае плазмодия происходит модификация нормального поведения хозяина, но часто для перехода на другой этап требуется изменить его поведение кардинально. Например, карпозубые рыбки обычно предпочитают держаться подальше от поверхности водоема, где их поджидают птицы. Однако если они заражаются плоскими червями трематодами, поверхностные воды влекут их как магнит, и еще им вдруг начинает доставлять удовольствие беспечно кружиться там, отблескивая своими серебристыми чешуйками. Неудивительно, что такие рыбки чаще попадают в клювы птиц, чем здоровые. И вот совпадение: именно птицы служат хозяевами для следующих стадий трематод.

Подобное происходит и с небольшими ракообразными бокоплавами, в которых проникли трематоды или скребни. На примере бокоплавов Gammarus ученые попытались выяснить механизм зомбирования их паразитами (Helluy, 2013). При заражении иммунитет пытается справиться с вторженцем, однако паразит отражает его атаки, вызывая воспаление мозга. Мозг начинает производить огромное количество серотонина – нейромедиатора, влияющего на передачу сигналов между нервными клетками. Как предполагают ученые, обусловленный паразитом выброс серотонина искажает сигналы, идущие от глаз к мозгу. Гаммарусы живут в пруду и обычно в случае опасности устремляются к дну, чтобы спрятаться в иле. Но теперь за тьму пучины принимается свет возле поверхности – и бокоплав спешит наверх, мечется там, пока не найдет к чему прикрепиться, и становится легкой добычей для птицы. Паразит доволен.


Бокоплав Hyalella azteca обитает в темных придонных водах прудов и озер, но если он вынашивает личинку скребня Pseudocorynosoma constrictum, то послушно плывет к поверхности, где становится пищей для водоплавающих птиц, в кишках которых скребень окончательно взрослеет. Паразит окрашен оранжевым из-за пигментов, вытянутых из тканей жертвы.

Среди наиболее известных сухопутных зомбификаторов – одноклеточный паразит Toxoplasma gondii, родственник малярийного плазмодия. Тысячи его цист оккупируют мозг зараженной крысы, выделяя фермент, который усиливает производство нейромедиатора дофамина (McConkey et al., 2013). В результате животное становится более любопытным и перестает бояться кошачьих запахов. Когда крысу наконец сцапает кошка, токсоплазма получает шанс продолжить жизненный цикл в ее желудочно-кишечном тракте. Кроме того, в самцах крыс под воздействием паразита производятся тонны тестостерона. Этот гормон также снижает боязливость, но главное – он делает самцов привлекательными для самок, благодаря чему токсоплазма может передаваться от крысы к крысе (Vyas, 2013).

Гены зомби

В 1982 году английский биолог Ричард Докинз выпустил книгу «Расширенный фенотип», в которой изложил идеи о том, что власть генов не ограничена телом содержащего их организма, а может распространяться за его пределы. С точки зрения генов, тела – не более чем транспортные средства, служащие для передачи их из поколения в поколение (об этом Докинз писал ранее в книге «Эгоистичный ген»), так что гены стараются использовать тела по максимуму, выжать из них такие модели поведения, которые приведут гены к наибольшему эволюционному успеху. Например, гены бобра помимо анатомических признаков определяют мозговые схемы, ответственные за строительство плотин. Плотины благоприятствуют выживанию бобрового тела, и если в гене возникает мутация, из-за которой бобр начинает строить улучшенные плотины, то она будет подхвачена эволюцией – такой бобр-мутант с большей вероятностью выживет и произведет на свет много бобрят с той же прогрессивной мутацией. Особенности морфологии плотины, а также образуемой ею заводи являются продолжением фенотипа бобра.

Но если гены могут манипулировать физическими объектами, почему бы им не попытаться подчинить себе и биологические? Паразиты, по мнению Докинза, служат как раз таким примером распространения влияния генов на других живых существ. Способность паразита контролировать поведение хозяина заложена в его генах. Если один из них мутирует, поведение марионетки изменится. Однажды мутация в одном из генов наездника привела к тому, что гусеница капустницы не сбежала в страхе после того, как из нее внезапно вылезли паразитические личинки, и не подохла от отчаяния, а осталась их охранять, – и эта мутация распространилась дальше в популяции паразитов, потому что обеспечила им повышенную выживаемость. Фенотип наездника расширился за счет гусеницы, включив в себя новый тип ее поведения. Таким образом могло возникнуть все многообразие взаимодействий между паразитами и их зомби-жертвами.


Когда спора гриба Ophiocordyceps попадает на амазонского муравья Dinoponera longipes, то прорастает сквозь его экзоскелет в мозг и заставляет его взобраться на дерево. Когда гриб созрел, муравей прикрепляет себя к листику, гриб прорывает тело насекомого и взрывается, и новые споры просыпаются на других муравьев грибным дождем.

Книга Докинза во многом опередила свое время. В 1980-е годы ученым было известно лишь несколько примеров зомби-паразитизма, а о генетических механизмах этого кошмара и вообще можно было только догадываться. Сейчас уже появляются работы, которые могут подтвердить гипотезу на генном уровне.

Гусеница непарного шелкопряда (Lymantria dispar) жадно дырявит лист нашей любимой березы, но мы не злимся на нее, а сочувствуем. Эта гусеница, конечно, вредитель, но в данном случае она же и жертва: в ее клетках размножаются вирусы Baculovirus reprimens, и пища, поглощаемая гусеницей, больше не идет на производство ее тканей, а превращается в новые полчища этих мерзких бакуловирусов. Когда они готовы покинуть тело хозяина, гусеница начинает есть без остановки, взбирается повыше и располагается на коре дерева или листе в верхней части кроны. Затем определенные вирусные гены запускают в клетках гусеницы программу по производству ферментов, превращающих ее тело в вязкую жижу. Насекомое начинает буквально капать дождем на расположенные ниже листья, распространяя вирусы. Когда другая ни о чем не подозревающая гусеница откусит кусочек такого листа, вирус обретет для размножения новое тело.

Как выяснилось, команду ползти наверх гусенице отдает вирусный ген egt – он кодирует фермент, который разрушает гусеничкин гормон, сигнализирующий о том, что нужно перестать жрать и взяться за линьку. Если раньше гусеница кушала только по ночам, а под утро пряталась в щель в основании дерева, то теперь она превратилась в зомби-обжору, готовую питаться и в дневные часы, и желательно повыше. Когда ученые отключили этот ген у вируса, он по-прежнему заражал гусениц и размножался в них, а жертвы по-прежнему превращались в дождь на исходе жизни, но вот взбираться на вершину деревьев они перестали (Hoover et al., 2011). Ген egt демонстрирует прелестный пример «расширенного фенотипа»: манипулируя другим телом, он повышает шансы бакуловируса на распространение. Но этот ген не одинок, эффективность контроля жертвы повышается за счет комплексной работы многих генов вируса.


На обложке ноябрьского номера журнала National Geographic изображена зомбированная божья коровка Coleomegilla maculata, охраняющая кокон паразитического наездника Dinocampus coccinellae.

Возвращаясь к божьей коровке C. maculata и ее перепончатокрылому паразиту D. coccinellae, хочется отметить, что в момент откладки яйца в тело жертвы попадают не только химические вещества, но и вирус, который размножается в яичниках наездника. Предположительно, именно он зомбирует божью коровку, превращая ее в охранника для личинки наездника. Если это действительно так, то перед нами пример очень умелого кукловода, включившего в свой фенотип особенности поведения двух высокоразвитых организмов! Чем больше наездников выживет, тем больше вирусов получим в итоге, рассуждает этот мастер манипуляции. «Какие хитрецы!» – восхищаемся мы, глядя на паразитов-зомбификаторов, но куда более хитрые хитрецы могут прятаться внутри них, тайно управляя их хитростью.

По материалам: National Geographic, New York Times
Фото: Anand Varma (фотки с русскими комментариями – здесь)
вирусы владеют миром...
Может, и разум у человека появился из-за симбиоза с некоторыми вирусами? :)
Интересное предположение. Надо попробовать развить эту идею до теории.