Кордицепс паразит для человека

Но, в отличие от взаимоотношений паразиты — млекопитающие, для которых эволюция сделала все, чтобы они могли как можно дольше сосуществовать, отношения паразит — насекомое часто оканчиваются гибелью последнего. Некоторым видам паразитов просто необходимо убить хозяина, чтобы дать дочернее потомство и продолжить жизненный цикл.

Исключениями во вполне удачно сложившихся отношениях паразитов и млекопитающих являются случаи заражения бациллами Bacillus anthracis (возбудитель сибирской язвы) и бактериями Yersinia pestis (возбудитель бубонной чумы). Они также часто приводят к гибели хозяина. Эволюционно эти группы пока не приспособились к сосуществованию.

И хотя от некоторых паразитов у насекомых нет возможности спастись, система защиты, которую природа разработала для этого класса беспозвоночных членистоногих животных, очень мощная и способна победить значительную часть болезнетворных организмов.

«При проникновении паразита в организм насекомого через кутикулу (наружный скелет) или через кишечник запускается целый каскад разнообразных защитных процессов, — рассказывает заведующий лабораторией экологической паразитологии Института систематики и экологии животных СО РАН (ИСиЭЖ СО РАН), доктор биологических наук Вадим Крюков.

— Еще только при “высадке” на кутикулу, скажем, грибов, организм насекомого незамедлительно начинает реагировать — запускается процесс меланизации. Меланин — высокомолекулярный пигмент черного или темно-коричневого цвета — становится физическим барьером для паразита и не дает ему продвинуться дальше, образуя вокруг него меланиновую оболочку.

Насекомое многократно линяет, меняя старую хитиновую оболочку на новую. Линька — сложный физиологический процесс, во время которого организм зачастую полностью перестраивается. Благодаря линьке, насекомое может избавиться от паразита, закрепившегося на кутикуле, но еще не попавшего в полость тела.

Но победа не всегда однозначна. Случается, что насекомое на стадии личинки побеждает инфекцию, но она персистирует (сохраняется в полости тела) и может проявиться уже на следующих стадиях жизненного цикла, если действуют факторы, ослабляющие иммунитет насекомого. Известны и другие интересные случаи: например, насекомое может не выдержать стресса от воздействия различных систем собственного организма и погибнуть, по сути, от самого себя.

Также паразит может попасть не в тот орган. Например, гриб, чей основной путь в организм насекомого лежит через кутикулу, попадает в кишечник. Несмотря на то что там гриб плохо ориентируется, он все равно начинает продуцировать ряд ферментов (например, протеаз), чтобы прорасти в полость тела. Такая ситуация характерна, например, для энтомопатогенных грибов Metarhizium и личинок комаров. Следствием этого становится гибель и насекомого, и гриба.

Еще одна ошибка, совершив которую, паразит вынужден погибнуть, — выбор хозяина, который уже заражен более агрессивным паразитом. Например, если энтомопатогенный гриб проникает в хозяина, у которого идет активное развитие бактериоза, это приводит к комплексной (бактериально-грибной) инфекции и очень быстрой гибели насекомого.

Бактерии при этом могут иметь конкурентное преимущество перед грибами из-за более высокой скорости размножения — в этой ситуации гриб погибает. Эта особенность (стремительное течение смешанной инфекции) находит свое применение в создании комплексных препаратов против насекомых, в основе которых используются штаммы бактериальных и грибных патогенов.

Подобные случаи происходят у насекомых не только с грибами и бактериями, но и с другими паразитами. Например, паразитические насекомые (паразитоиды) по ошибке или по незнанию выбирают насекомых, зараженных грибами. В ситуации, когда встречаются паразитоид, гриб и насекомое-хозяин, силы неравны. Гриб, пользуясь тем, что паразитоид ослабляет иммунитет хозяина, более эффективно колонизирует организм последнего, после чего убивает и того, и другого.

Такие штаммы иногда можно выделить из природных источников, однако чаще этот тип поведения встречается у селектированных лабораторных штаммов или генетически модифицированных культур.

«Причин такого поведения может быть много. Дело в том, что обратный рост гиф (из убитого хозяина через кутикулу на поверхность) — весьма деликатный процесс, более деликатный, чем проникновение через кутикулу внутрь тела, — рассказывает Вадим Крюков. — Изменения в самых различных участках генома гриба могут привести к неспособности производить споры на убитом хозяине.

Высоко- и низковирулентные паразиты (с высоким и низким уровнем болезнетворности) встречаются редко: природе это невыгодно, ведь в обоих случаях организм легко исчезает из сообщества. Чтобы хорошо жить, нужно быть середнячком — обладать умеренной вирулентностью.

Гриб рода Cordyceps на муравье

Через собственный мицелий грибы могут поставлять к корням растений азот от убитых насекомых и тем самым стимулировать их рост.

На основе грибов, приспособленных к эндофитной колонизации, можно создавать препараты комплексного действия, которые не только убивают насекомых-вредителей, но и приводят к стимуляции роста и повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Эксперименты в полях, проведенные сотрудниками ИСиЭЖ СО РАН совместно с сотрудниками Новосибирского государственного аграрного университета, показали, что данные грибы стимулируют рост картофеля, одновременно защищая клубни от фитопатогенов. Работа также подана в печать.

«Оказалось, грибы-“камикадзе” могут быть более полезными для растений, чем грибы с классическим жизненным циклом, — рассказывает Вадим Крюков. — Бактериальное разложение насекомых, убитых штаммами-“камикадзе”, приводит к более быстрому высвобождению неорганического азота, необходимого растениям. Кроме того, эти девиантные штаммы вполне активно колонизируют ткани растений и лучше, чем “классические”, стимулируют их рост.

Работы поддержаны проектами РНФ и РФФИ № 18-34-20060.

Наверное, в мире не существует человека, который ни разу в своей жизни не смотрел фильмы о зомби — мертвых существах, которые совершенно по разным причинам ожили и начали охотиться на живых созданий. Некоторым людям в это трудно поверить, что ожившие мертвецы реально существуют и представляют собой муравьев, зараженных паразитирующим грибком под названием кордицепс. Ранее ученые были уверены, что опасный грибок управляет телами насекомых проникая в их мозг, но все оказалось гораздо проще — он контролирует только мышцы.

Американские биологи узнали об этом, изучив поведение паразитирующего грибка вида Ophiocordyceps. В ходе наблюдений они выяснили, что оказавшись на теле муравья, споры грибка пробивают его твердую оболочку и проникают внутрь насекомого, полного липким веществом. В нем располагаются так называемые гифальные трубки, которые пронизывают все тело муравья и даже мышцы. Захватив контроль над мышцами, грибок может управлять движениями насекомого.

Грибок превращает насекомых в зомби

Используя микроскоп, ученые заметили, что грибок полностью уничтожает сарколемму — поверхность мышечных волокон. При этом места соединения мышц с мозгом остаются целыми и невредимыми, и это говорит о том, что паразит каким-то образом все же взаимодействует с мозговыми импульсами. Как именно это происходит, ученым пока не ясно, но зато они теперь точно знают, что превращение муравья в зомби происходит без непосредственного проникновения грибка в мозг.

Муравьиные мышцы, захваченные грибком-паразитом

Захватив контроль над телом муравья, грибок кордицепс заставляет его подняться на самую высокую ветку. После достижения вершины происходит нечто еще более удивительное — повинуясь командам грибка, муравей кусает ветку с такой силой, что его голова разрывается на части. Насекомое, разумеется, окончательно умирает, но споры паразитирующего гриба, накопившиеся в его голове, падают с высокой ветки вниз и заражают находящихся ниже муравьев.

То, что грибок превращает насекомых в зомби не воздействуя напрямую на мозг, а в первую очередь захватывая мышцы — большое научное открытие. Несмотря на это, паразитирующие грибы все равно остаются крайне загадочным царством живой природы с чертами как растений, так и животных. Например, ученым до сих пор не ясно, почему внутри зараженных насекомых образуются маленькие пузырьки. Некоторые эксперты считают, что эти крохотные частички выделяют вещества, необходимые для управления чужими телами. Возможно, оно так и есть, но этот вопрос важно изучить подробнее.

Грибы-паразиты в России

Как бы неожиданно это не звучало, паразитирующие грибы существуют и в России. Их наверняка видел каждый — в лесу, на коре некоторых деревьев можно заметить довольно большие наросты. Ими являются грибы трутовики, которые хоть и не заражают людей и животных для последующего контролирования их тел, но все же являются паразитами.

Споры этого грибка проникают внутрь дерева сквозь расщелины и распространяются по всей древесине, разрушая ее. Зараженные трутовиками деревья легко ломаются и, соответственно, живут не так долго, как могли бы.

Как появляются пауки-зомби?

В ходячих мертвецов могут превратиться не только насекомые, но и членистоногие пауки. Известно, что они превращаются в зомби после нападения особого вида ос, которые откладывают на их спинах яйца. Вылупившиеся личинки впрыскивают в тела пауков вещество, которое заставляет их производить особенно прочный вид паутины, из которого плетется безопасный кокон для спокойного развития осиных личинок.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих материалов нашего сайта!

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?

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.

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.

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.

Компьютерная имитация того, как нити грибных клеток врастают в мышечную ткань хозяина

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.

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.

Художник П. Перевезенцев

В 1993 году на чемпионате Китая по легкой атлетике китайские спортсменки установили сразу три мировых рекорда в беге на 1500, 3000 и 10 000 метров. Подняться по крутой спортивной лестнице им помогло правильное питание, включающее кордицепс. Так внимание потребителей разных стран привлек продукт, который традиционная китайская медицина использует по крайней мере несколько сотен лет.

Кордицепс представляет собой сложное биологическое сообщество, а свое общепринятое название получил по одному из основных компонентов — грибу кордицепсу китайскому (Cordyceps sinensis), славному представителю рода Cordyceps. Этот род насчитывает несколько сотен видов, рассеянных по миру, и все они паразитируют на насекомых: жуках, сверчках и кузнечиках, клопах и муравьях, однако предпочитают бабочек. Любимый объект кордицепса китайского — гусеницы призрачной моли Hepialus armonicanus.

C. sinensis плодоносит с середины апреля по июль, и в это время местные жители бросают все дела и отправляются на поиски. Гриб возвышается над поверхностью на 2–5 сантиметров, разглядеть его на фоне черной земли сложно, а надо ведь его не просто сорвать, а аккуратно извлечь из почвы вместе с гусеницей. Собственных тканей у нее практически не осталось, гриб их все потребил, сохранилась лишь затвердевшая желтовато-коричневая оболочка, заполненная мицелием изнутри и покрытая им снаружи. Эта мумифицированная грибогусеница и есть тот самый знаменитый китайский кордицепс. Сами китайцы называют его Дун Чун Сяо Цао — ‘зимой насекомое, летом растение’, а непальцы — ярсагумба (‘гриб с личинкой’).

В Китае, Непале и Бутане кордицепс считают лекарством от двадцати одной болезни. Он исцеляет заболевания почек, печени и легких, снимает усталость и тонизирует, помогает при эректильной дисфункции (кордицепс называют гималайской виагрой), ночной потливости, сердечно-сосудистых заболеваниях, снижает уровень сахара и холестерина в крови, укрепляет иммунную систему. Его также используют для лечения ожирения, туберкулеза, гепатита В, сахарного диабета, рака и инфекционных заболеваний. С 1964 года это официальное лекарство китайской фармакопеи.

В 2003 году Китай пережил вспышку тяжелого острого респираторного синдрома (атипичной пневмонии). Кордицепс тогда считали панацеей, цены на него подскочили раз в двадцать. Это был удобный случай оценить эффективность лекарства, однако китайские медики им не воспользовались.

Биологически активные вещества кордицепса начали по-настоящему исследовать только с 2008 года, хотя выделили на полвека раньше. Прежде всего это кордицепин (3’-деоксиаденозин) — сильный антибиотик, необходимый грибу, чтобы отвоевать тело зараженной гусеницы у других грибов и бактерий. Кордицепин подавляет рост некоторых клостридий, стрептококков, золотистого стафилококка и синегнойной палочки и при этом не губит полезные бифидобактерии и лактобактерии кишечной микрофлоры. Он уничтожает гусениц капустной моли, поэтому его рассматривают как возможный инсектицид. Кордицепин также относят к противоопухолевым агентам, поскольку он включается в молекулу РНК вместо аденозина и мешает ее синтезу.

А еще в списке биоактивных веществ кордицеповая кислота — изомер хинной кислоты; полисахариды (разветвленные галактоманнаны), которые считают иммуномодулятором, а иммуномодуляторы назначают пациентам, проходящим химиотерапию — вот и связь с онкологией; липофильные циклические пептиды кордигептапептиды, обладающие антималярийной активностью и умеренной цитотоксичностью в клеточной культуре.

По химическому составу грибковая и гусеничная часть кордицепса китайского сходны, ведь гриб выел гусеницу изнутри и заполнил ее мицелием. Интересно было бы проверить, влияет ли вид насекомого на биологическую активность кордицепса, но эта задача еще ждет решения.

Несмотря на почти полное отсутствие клинических исследований, популярность продуктов из кордицепса на Западе растет. А вместе с ней растет и цена. В начале 1970-х килограмм продукта стоил около 20 юаней, в середине 1990-х уже 5000. Во время эпидемии атипичной пневмонии цены подскочили до 30–100 тысяч, а сейчас высококачественный кордицепс дороже золота и может стоить 400 тысяч юаней, то есть более 56 тысяч долларов США. Одна грибогусеница весит 300–500 мг, суточная доза в тяжелых случаях колеблется от 3 до 9 граммов, а принимать препарат нужно несколько недель.

Дороговизна не отпугивает потребителей, и C. sinensis от усиленных сборов исчезает. Сохранить вид и удешевить кордицепс можно единственным способом — выращивать его искусственно. Однако не тут-то было!

На питательных средах вырастает только мицелий, который плодовых тел не образует и антибиотиков не синтезирует. Тем не менее из этого мицелия делают капсулы, якобы заменяющие натуральный кордицепс. Чтобы гриб обрел целебную силу, ему нужна гусеница. И личинок H. armonicanus, привычных к тибетскому высокогорью, приучили жить в лаборатории, на малых высотах, хотя подобрать для них условия оказалось непросто. Гусеницы растут хорошо, но заразить удается лишь одну из тысячи. Рекордный урожай фабричного кордицепса составил 10 тонн — примерно пятнадцатую часть общемирового сбора.

Сейчас производители кордицепса возлагают большие надежды на другой вид — кордицепс военный, C militaris. Он растет в субтропиках обеих Америк, Европы и Азии, однако встречается редко, в отличие от C. sinensis, образующего густые куртинки. Поэтому собирать его крайне сложно, зато легко культивировать. Гриб растет на плотной питательной среде (в естественных условиях он паразитирует на гусеницах), его оранжевые плодовые тела продают в магазинах как съедобное лекарство. Из C. militaris варят супы, добавляют к тушеной птице и жаркому, делают вино, пиво и тонизирующие напитки. Есть даже чай с кордицепсом.

По набору биоактивных веществ кордицепс военный сходен с китайским и даже заменяет его в традиционной медицине. Однако равнозначен ли гриб, выращенный в лаборатории, кордицепсу, собранному на Тибетском нагорье?

Когда китайские исследователи налаживали культивирование, они выделили из дикого кордицепса 22 вида грибов, ассоциированных с C. sinensis, в том числе 7 ранее неизвестных. А в кишечнике гусениц обнаружили бактерии и дрожжеподобные грибы криптококки, которые могут влиять на питание, физиологию и выживание насекомых, причем кишечные сообщества личинок, выросших на воле и в лаборатории, различаются. Вклад этих грибов и микроорганизмов в общую активность кордицепса не изучали. Скорее всего, кордицепс, полученный в результате заражения лабораторной гусеницы лабораторным штаммом или выросший на питательной среде без насекомых, не идентичен натуральному. Тем более что некоторые грибы, сопутствующие C. sinensis, тоже синтезируют биоактивные вещества. Мицелий этих грибов выращивают и делают из него лекарства.

Сами китайцы предпочитают свежий кордицепс, но это сезонный продукт. Приходится его высушивать. Из экземпляров поплоше делают порошки, капсулы, гранулы и экстракты. Далеко не всегда они эффективны, зато безопасны, хотя чувствительные люди изредка жалуются на тошноту, рвоту и расстройство желудка.

Неизвестно, сможет ли культивирование грибов удовлетворить мировую потребность в кордицепсе, но будем надеяться, что оно поспособствует сохранению природного гриба. Если он исчезнет, традиционная китайская медицина останется без препарата, который она ценит наравне с женьшенем и пантами, сотни тысяч сборщиков — без средств к существованию, а вредные гусеницы — без паразита, который контролирует их численность.

Чрезмерный сбор гриба кордицепса китайского, который растет только в Гималаях и Тибетском нагорье на высоте свыше 3000 метров, быстро сокращает ареал его распространения, разрушает сопутствующие экосистемы и провоцирует социальные конфликты среди жителей Китайской Народной Республики, проживающих на территории произрастания. Об этом сообщает газета People’s Daily.

Кордицепс китайский – гриб-паразит, внешне похожий на гусеницу. Он заражает своими спорами личинку одного из видов бабочек и прорастает весной, извлекая из нее питательные вещества. В традиционной тибетской медицине гриб считается афродизиаком и средством, продлевающим долголетие, с его помощью знахари лечат опухоли. Научные исследования, подтверждающие полезные свойства кордицепса китайского, никогда не проводились.

За собранный гриб скупщики платят значительные суммы. До 1997 года около 20% доходов пастухов приходилось на продажу гриба, но после 2000 года этот заработок стал уже основным, а для некоторых и единственным источником семейного бюджета. Жители бедных высокогорных регионов КНР в сезон урожая бросают все дела ради сбора грибов.

Стоимость кордицепса китайского составляет 100 тыс. юаней ($15 тыс.) за один килограмм. 50 грибов, собранных за день, можно продать за 2 тыс. юаней (почти $300). При этом среднегодовой доход в высокогорной провинции составляет примерно 19 тыс. юаней ($2850).

Во время грибного сезона в регион съезжаются желающие заработать со всей страны.

Полицейские патрулируют улицы, чтобы предотвратить попытки приезжих из других населенных пунктов собирать грибы. Их задача также не допустить столкновений между жителями соседних деревень в борьбе за доступ к грибным угодьям. Прежде подобные споры доходили до кровавых конфликтов. Так, в 2005 году при массовой попытке многотысячной толпы проникнуть на земли соседей один человек был убит, многие получили ранения.

Для предотвращения происшествий местные власти издали свод правил, одно из которых запрещает собирать грибы людям, проживающим за пределами округа. Каждый местный житель, прежде чем приступить к сезонному сбору обязан заплатить налог в размере 1200 юаней (почти $180). Для пожилых людей и детей сумма меньше.

В погоне за прибылью китайцы собирают каждый гриб, что сокращает возможности дальнейшего распространения вида. Старожилы вспоминают, что 20 лет назад взрослый человек находил около 200 штук в день, сейчас не более 60. Ученые считают, что через некоторое время гриб можно будет собирать только в районах, расположенных на 200-500 метров выше, чем 30 лет назад. По их прогнозам, к 2050 г. ареал распространения кордицепса китайского сократится более чем на 17%.

Кроме того, сборщики, ползающие на коленях в поисках даже маленьких едва заметных грибов, утаптывают землю, уничтожая многие виды ценных растений. Местные власти, пытаясь защитить природу от чрезмерной активности человека, разрешают собирать грибы только в период с 15 мая по 30 июня. Немного помогают снизить нагрузку и древние буддистские традиции, согласно которым заниматься сбором нельзя 10-го, 15-го и 30-го числа каждого месяца. В эти дни сельчане должны убирать мусор.

Число перекупщиков, посетивших в 2017 году населенный пункт Сулу в провинции Цинхай, достигло 7 тыс. человек. При этом количество местного населения составляет всего 2753 жителей. Для контроля за потоком въезжающих на границах грибных районов действуют четыре крупных контрольно-пропускных пункта и 10 небольших вспомогательных, все они работают в круглосуточном режиме.

Как отмечает People’s Daily, "грибная лихорадка" помимо экологических породила и целый ряд экономических и социальных проблем. Она разрушила местное животноводство. Так, в конце 1990-х годов стада, состоящие в основном из яков и овец, в округе Задуо насчитывали около миллиона голов, в конце 2017 года общее поголовье скота снизилось до 41 тыс. животных.

Возможность быстро и легко зарабатывать пристрастила многих местных жителей к азартным играм и расточительности. По мнению Ксью Минга, исследователя из Института географических наук и природных ресурсов при Китайской академии наук, коллапс грибного рынка по причине истощения природных запасов или падения спроса, станет для местных жителей настоящей катастрофой.

Материал предоставлен проектом "+1".

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

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?

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.