Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»


ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке



Библиотека

 
Ф. Вильчек
«Красота физики». Глава из книги


Дж. Бэрроу
«История науки в знаменитых изображениях». Глава из книги


М. Москалева
Студенты МГУ против лженауки


Ж. Резникова
И даман поманил за собой


В. Сурдин
Поиски новых планет


С. Горбунов
Сeratotherium simum cottoni. Последний из могикан


Д. Никифоров и др.
ЭКО: длинная история короткой встречи


А. Никонов
Небывалое бедствие в селе Кашкаранцы


Л. Сасскинд, Дж. Грабовски
«Теоретический минимум». Глава из книги


А. Сергеев, А. Благодатский
Насекомые и бионика: загадки зрительного аппарата







Главная / Новости науки версия для печати

Паразитический гриб избирательно зомбирует муравьев


Рис. 1. Муравьи-древоточцы, убитые паразитическим грибом

Рис. 1. Муравьи-древоточцы, убитые паразитическим грибом Ophiocordyceps unilateralis в природе (на изображениях A и B видны грибы, выросшие из затылков жертв) и в лаборатории (D, E). A, D — муравьи Camponotus castaneus, B, E — C. americanus. C — культура паразитического гриба, полученная из зараженной особи C. castaneus. Изображение из обсуждаемой статьи в BMC Evolutionary Biology

Паразитический гриб Ophiocordyceps unilateralis развивается в муравьях-древоточцах Camponotus castaneus и C. americanus, обитающих в Южной Каролине (США). У зараженных муравьев меняется поведение, и в итоге они умирают, накрепко вцепившись челюстями в ветки, что способствует распространению спор паразита. Американские биологи получили чистую культуру гриба-манипулятора и заразили ей три вида муравьев-древоточцев. Гриб успешно развивался в теле всех трех видов, но выгодная грибу манипуляция предсмертным поведением наблюдалась только у тех двух, которые являются жертвами паразита в природе. Выяснилось также, что клетки гриба выделяют разные наборы веществ в присутствии живой мозговой ткани муравьев разных видов. Это говорит о том, что воздействие паразита на нервную систему хозяина является видоспецифичным: по-видимому, оно подлаживается под биохимические особенности мозга жертвы.

«Элементы» уже рассказывали о паразитах, меняющих поведение своих жертв выгодным для себя образом (см. ссылки в конце новости). Ярким примером таких паразитов являются грибы Ophiocordyceps, паразитирующие на муравьях и заставляющие свои жертвы умирать в характерной позе, вцепившись мертвой хваткой в веточку или жилку листа, так, чтобы грибу было удобно рассеивать сверху свои споры и заражать других муравьев. Гриб не только вмешивается в работу центральной нервной системы муравья, но и вызывает атрофию некоторых мышц, что превращает последний укус муравья действительно в «мертвую хватку» (иначе насекомое падало бы после смерти вниз). О том, каким образом грибу удается всё это проделывать, практически ничего не известно.

До недавнего времени считалось, что грибы Ophiocordyceps распространены почти исключительно в тропиках. Однако в 2009 году американские биологи обнаружили в Южной Каролине (США) большую популяцию муравьев-древоточцев (род Camponotus), зараженную этим паразитом. В новой статье, опубликованной в журнале BMC Evolutionary Biology, Дэвид Хьюз (David P. Hughes) и его коллеги из Университета штата Пенсильвания сообщают о результатах лабораторных экспериментов, позволивших немного приблизиться к пониманию механизмов воздействия паразита на поведение муравьев.

Все обнаруженные в Южной Каролине муравьи, убитые грибом Ophiocordyceps, относятся к двум видам: Camponotus castaneus и C. americanus (рис. 1, A, B). Третий вид того же рода, проживающий в данном районе, — C. pennsylvanicus — почему-то не заражается паразитом. По крайней мере, авторы не нашли (несмотря на тщательные поиски, проводившиеся с 2009-го по 2013 год) ни одного мертвого муравья этого вида с выросшим из затылка плодовым телом или вцепившегося перед смертью в ветку или лист.

Авторы задались вопросом: насколько видоспецифичной является технология «зомбирования», применяемая грибом? Использует ли паразит какой-то универсальный способ воздействия на мозг муравья, который сработал бы и с другими видами (если бы гриб мог их заразить), или же манипуляции тонко подогнаны к конкретным видам жертв и к особенностям их нервной системы — и тогда на других муравьев они не подействуют?

Первый важный успех, которого добились исследователи, состоял в том, что им удалось вырастить культуру гриба Ophiocordyceps unilateralis, выделенную из мертвого муравья C. castaneus, на искусственной питательной среде (рис. 1, C). Затем авторы научились заражать муравьев грибом-паразитом, вводя 1 микролитр взвеси грибных гиф муравью под кутикулу. В природе некоторые виды муравьев могут быть защищены от грибной инфекции структурой своих покровов, но микроинъекция, разумеется, преодолевает эту защиту.

Искусственному заражению подверглись по 30 рабочих особей каждого из трех перечисленных выше видов муравьев-древоточцев. Авторы пытались заразить также представителя другого рода, Formica dolosa, которого паразитический гриб в природе никогда не заражает, но эти муравьи не вынесли операции, так что пришлось ограничиться кампонотусами. В качестве контроля использовалось по 30 муравьев каждого вида, которым ввели 1 микролитр среды без грибных гиф, и по 60 муравьев, которым ничего не вводили.

Гриб одинаково успешно развивался во всех трех видах муравьев-древоточцев, причем это кончалось гибелью насекомого, в то время как контрольные муравьи оставались живы. Перед смертью зараженные муравьи всех трех видов проявляли повышенную активность: по сравнению со своими контрольными собратьями они больше времени проводили на арене (где муравьям предоставляли пищу), а не в гнезде. Однако только два вида, заражаемые грибом в природе (C. castaneus и C. americanus), подвергались «зомбированию», то есть умирали, забравшись на палочку и накрепко вцепившись в нее (рис. 1, D, E). Таким образом, впервые была искусственно воспроизведена в лаборатории эта поведенческая манипуляция. Третий вид, C. pennsylvanicus, умирал обычным образом, где придется, ни во что не вцепляясь. Кроме того, из первых двух видов гифы гриба прорастали наружу, а из третьего — нет (рис. 2).

Рис. 2. Развитие грибной инфекции у трех видов муравьев

Рис. 2. Развитие грибной инфекции у трех видов муравьев (C. castaneus, C. americanus, C. pennsylvanicus). По вертикальной оси — доля выживших муравьев, по горизонтальной оси — время (число дней, прошедших с момента заражения). untreated — муравьи, не подвергавшиеся инъекции; sham treated — муравьи, которым сделали инъекцию среды, в которой растили гриб, без самого гриба; infected — муравьи, которым сделали инъекцию взвеси грибных гиф. Толстыми линиями обозначен период, в течение которого наблюдалось прорастание гриба из тела зараженных муравьев. Серая полоса — период, в течение которого наблюдалась поведенческая манипуляция (зараженные муравьи погибали, взобравшись на палочку и вцепившись в нее челюстями). Рисунок из обсуждаемой статьи в BMC Evolutionary Biology

Из этого можно сделать вывод, что технологии, используемые грибом-манипулятором, видоспецифичны: они срабатывают с одними видами муравьев, но могут не сработать с другими, даже близкородственными.

Как известно, основной способ взаимодействия грибов с окружающим миром — это выделение разнообразных веществ. Чтобы досконально разобраться в природе поведенческих манипуляций, следовало бы выяснить, какие вещества выделяет гриб, находясь в теле муравьев разных видов. Но эта задача технически невероятно сложна. Авторы, однако, сумели немного приблизиться к ее решению. Для этого они выращивали культуру гриба в присутствии нервной или мышечной ткани муравьев разных видов. Спектр химических веществ, выделяемых грибом (кроме белков, которые удалялись из раствора), оценивался при помощи жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии (см.: Liquid chromatography–mass spectrometry и Tandem mass spectrometry). Анализ показал, что гриб чутко реагирует на присутствие мозговой ткани разных видов муравьев, что выражается в изменении набора выделяемых веществ. При этом наборы веществ, производство которых достоверно возрастает в присутствии мозговой ткани каждого из четырех видов (здесь снова, кроме трех древоточцев, в анализ был включен вид Formica dolosa), сильно отличаются друг от друга.

К сожалению, идентифицировать конкретные вещества, производимые грибом при контакте с мозгом того или иного муравья, гораздо труднее, чем приблизительно оценить уровень различий между наборами веществ. Авторы сумели опознать только два вещества из числа тех, которые гриб усиленно производит в присутствии нервной ткани C. castaneus (но не трех других видов). Ими оказались гуанидиномасляная кислота и сфингозин. Эти вещества действительно могут влиять на работу нервной системы. Впрочем, они в норме производятся нейронами, и на самом деле нет полной уверенности в том, что их выделял именно гриб в присутствии мозговой ткани C. castaneus, а не наоборот — мозговая ткань в присутствии гриба. Авторы попытались делать муравьям инъекции гуанидиномасляной кислоты и сфингозина, вместе и по отдельности, но это не побудило муравьев забираться на палочки и вцепляться в них. Очевидно, если эти вещества и участвуют в «зомбировании», то кроме них необходимо что-то еще.

Так или иначе, исследование показало, что гриб-манипулятор, скорее всего, вступает в какие-то весьма интимные и специфические взаимоотношения с центральной нервной системой муравья, выделяя те или иные вещества в зависимости от биохимических свойств мозга жертвы. Авторы предполагают, что в манипулировании задействован большой комплекс разнообразных веществ. Проверка этого предположения — дело будущего.

От себя добавлю, что история о том, как гриб управляет поведением муравьев, стала казаться мне чуть менее фантастической и загадочной после того, как нынешним летом мы с Еленой Наймарк были вынуждены бороться с крупными черными кампонотусами, которые чуть не съели нашу избушку на Белом море. Пришлось опрыскать дом дихлофосом, после чего можно было довольно долго наблюдать за специфически изменившимся под действием отравы поведением древоточцев. У муравьев возрастала активность, они выбегали из своих укрытий в щелях между бревнами, ходили кругами, а затем начинали вцепляться, как бульдоги, своими огромными челюстями-мандибулами в любую подвернувшуюся щепку или травинку. В конце концов, возможно, механизм манипуляции, используемый паразитическим грибом, окажется не таким уж и сложным.

Источник: Charissa de Bekker, Lauren E. Quevillon, Philip B. Smith, Kimberly R. Fleming, Debashis Ghosh, Andrew D. Patterson and David P. Hughes. Species-specific ant brain manipulation by a specialized fungal parasite // BMC Evolutionary Biology. 2014. V. 14. P. 166.

См. также о паразитах, управляющих поведением своих жертв:
1) Как паразиты превращают своих хозяев в зомби, «Элементы», 04.03.2013.
2) Молодые паразиты берегут хозяина, зрелые загоняют его хищнику в пасть, «Элементы», 06.06.2011.
3) Расширенный фенотип объяснен на генетическом уровне, «Элементы», 13.09.2011.
4) Токсоплазма — паразит, манипулирующий человеческой культурой, «Элементы», 05.09.2006.
5) Стратегии паразитов: убить нельзя помиловать. По статье: В. Н. Михеев. Моноксенные и гетероксенные паразиты рыб по-разному манипулируют поведением хозяев.
6) Влияет ли микробиом человека на его религиозность?, «Элементы», 22.08.2014.

Александр Марков


Комментарии (6)



Последние новости: ПаразитологияЭнтомологияАлександр Марков

24.05
Клещи ездили на насекомых уже 320 миллионов лет назад
23.05
В Китае найдены древнейшие многоклеточные водоросли
16.05
Уровень полученного образования отчасти зависит от генов
10.05
ГМО будут совершенствоваться при помощи искусственной эволюции
4.05
Рост концентрации CO2 в атмосфере способствует увеличению растительного покрова
25.04
Расшифрованы генетические основы быстрых эволюционных изменений размера клюва у дарвиновых вьюрков
18.04
Ученые выяснили, почему бактериофагам трудно бороться с иммунной системой бактерий
12.04
Рибоза и другие сахара могут синтезироваться в частицах межзвездного льда под действием ультрафиолетового излучения
11.04
Самцы стрекоз, активно ухаживающие за самками, живут меньше
4.04
В мозге рыб обнаружен переключатель, настраивающий на победу или поражение в драке


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия