Как гриб-зомби управляет телом своего хозяина: жуткое открытие
Проводя эксперименты на плодовых мушках (Drosophila melanogaster), зараженных Entomophthora muscae, исследователи из Гарвардского университета в США обнаружили, что внутренние часы и вырабатывающая гормоны система мозга мухи участвуют в перемещении хозяина гриба к высокому месту до самого последнего вздоха.
Это поведение, известное как «восхождение на вершину», в конечном итоге позволяет паразитам заражать больше носителей. Взгромоздившись повыше, насекомые вытягивают свои хоботки и выпускают липкую каплю, которая приклеивает их к поверхности, резко поднимая крылья над телом в неестественной позе. И это не ради эффектной смерти, но ради того, чтобы ветру было проще распылить в окрестностях грибковые споры.
Поведение мух-зомби десятилетиями очаровывало ученых тем, что механизмы, ответственные за эту активность, во многом остаются загадкой. До сих пор никто не наблюдал за мухами-зомби в последние часы их жизни.
«Мы обнаружили, что восхождение на вершину — это на самом деле даже не восхождение, — рассказала ведущий автор Кэролин Элия, клеточный биолог и самопровозглашенный "зомбибиолог". —На самом деле это всплеск двигательной активности, который начинается примерно за два с половиной часа до того, как мухи умирают».
Выслеживая зомби
Наблюдать восходящих мух в режиме реального времени было затруднительно, поэтому исследователи использовали машинное обучение. Алгоритм предоставил им инструмент для измерения поведения и идентификации задействованных генов и нейронов.
Эксперименты выявили всплеск скорости у мух-зомби за 2,5 часа до их смерти. Исследование тканей показало, что грибковые клетки в основном нацелены на определенные области мозга мухи, которым поручено управлять циркадной и нейросекреторной системами, что приводит к высвобождению определенного гормона.
«Когда мы заставили эти нейроны замолчать, мухи очень плохо взбирались на вершину, — отметила Элия. — Мы думаем, что грибок на самом деле управляет активностью этих нейронов, чтобы стимулировать высвобождение этого гормона, который вызывает у мух этот всплеск двигательной активности».
Более того, исследователи обнаружили, что инфекция E. muscae увеличивает проницаемость гематоэнцефалического барьера, позволяя веществам в кровотоке мухи воздействовать на ее мозг. «Мы думаем, что это может быть важно для того, как грибок вызывает изменения в поведении», — отметила Кэролин.
Что скрывается внутри зараженного паразитом организма
Исследователи обнаружили различия в уровнях определенных соединений крови между восходящими и контрольными мухами. Переливание крови восходящих мух контрольным мухам вызвало всплеск движения, что указывает на то, что именно вещества в крови вызывают желание ползти наверх.
Вторжение зомбирующего грибка E. muscae в организм хозяина начинается, когда инфекционная спора попадает на муху. Используя ферменты для прорыва кутикулы, грибок проникает в хозяина и «съедает» его изнутри.
Этот кровавый процесс медленного переваривания начинается с запасов питательных веществ мухи, сохраняя нервную систему, мышцы, кишечник и гонады. В это время муха может есть, размножаться и вообще получать удовольствие от своего незамысловатого мушиного бытия.
В конце концов грибок начинает свой побег, питаясь пищеварительной системой и половыми железами, пока муха еще жива. Затем он запускает каскад странных действий, заставляющих хозяина карабкаться наверх, кульминацией чего всегда становится смерть.
У безумия есть метод; грибковый рост в хоботке мухи имеет клейкий эффект, который делает насекомое неподвижным. Крылья мухи поднимаются вверх и удаляются от ее спины во время ее гибели, чтобы грибок мог легко выйти и способствовать его дальнейшему путешествию.
«Гриб переходит к новому хозяину, образуя очень специализированные и временные структуры, которые прорываются сквозь кожу мухи и выбрасывают в окружающую среду споры, которые действуют всего несколько часов, — объяснила Элия. — Это мимолетный процесс, поэтому выгодное положение — это все, что нужно для выживания».