Біологія
Біологія

Сам не свій. Які паразити маніпулюють поведінкою своїх хазяїв?

Світ паразитів на перший погляд здається дуже примітивним. Знайди собі слабкого хазяїна та користуйся його тілом, насолоджуючись життям дармоїда. Але якщо трохи заглибитися в суть, то виявляється, що бути паразитом важко. Щоб знайти хазяїна, забратися до його тіла, вижити в ньому та нарешті розмножитися, паразитам часто доводиться докладати більше зусиль, ніж їхнім жертвам для виживання.

Мікроскопічне зображення малярійних плазмодіїв у еритроцитах. The Walter and Eliza Hall Institute

Мікроскопічне зображення малярійних плазмодіїв у еритроцитах. The Walter and Eliza Hall Institute

Паразити мусили розвинути в процесі еволюції пристосування, щоб мати можливість жити в нетиповому для інших середовищі — не водному, не наземному, а організмовому. Там, де захисні функції хазяїна постійно діятимуть проти чужинців. Так паразити розвинули різні шляхи ховання від імунної системи, складний життєвий цикл, вирости для закріплення, а також найвитонченіше пристосування — здатність маніпулювати поведінкою свого хазяїна. Далі ми вам покажемо, що бути ляльководами можуть навіть доволі прості за своєю будовою паразити, через що стає якось незручно називати їх «примітивними нахлібниками».

Найменші, але не за впливовістю

Позаяк віруси не можуть розмножуватися та довго існувати поза межами клітин організмів, то їх можна віднести до облігатних паразитів. Всупереч надпростій будові та надзвичайно малим розмірам вірусів, вони можуть мати величезний вплив. Зокрема, ці нуклеїнові кислоти в оболонках можуть вказувати суттєво складнішим за себе хазяїнам, як їм слід поводитися.

Прикладом вірусів-маніпуляторів можна назвати вірусів сказу (Lyssavirus). Ці збудники вражають різні види тварин, призводячи до суттєвих змін в організмі. Для людини сказ настільки небезпечний, що майже стовідсотково призводить до смерті. Вірус пошкоджує нервову систему, тому викликає разючі зміни й у поведінці хворих. Інфіковані вірусом сказу стають тривожними, можуть проявляти надмірну агресію, на пізніх стадіях хвороби у них з’являється посилене слиновиділення і, що вкрай дивно, така сильна боязнь води, що у хворих навіть думка про пиття може призводити до болючих спазмів м’язів глотки та гортані. Деякі дослідження вказують, що ці симптоми проявляються через наявність у вірусу білка, який нагадує за структурою нейротоксин зміїної отрути.

Усі ці прояви зовсім не несуть користі хазяїнам, але допомагають вірусу поширюватися. Інфіковані не можуть пити та ковтати, тож у їхній слині віруси можуть накопичуватися у великій концентрації. А позаяк надмірна агресивність у тварин часто супроводжується укусами, то це стає чудовою можливістю для нових вірусних частинок зі слини потрапити через поранення в організм нового хазяїна. Хоча теоретично хвора людина теж може заразити здорову через укуси, поки що таких випадків не реєстрували.

Бакуловіруси (Baculoviridae) теж відомі своїм умінням вносити корективи на свій лад у поведінку своїх хазяїнів. Це відносно великі віруси, які заражають переважно гусениць метеликів. Після інфікування деякими з них зазвичай повільна та малорухлива гусінь стає надто стривоженою та активною. Замість того, щоб знайти собі зручне місце ближче до землі для лялькування, як інші гусениці, заражені зомбі-вірусом личинки метеликів починають повзти дедалі вище по рослині, до світла, до її вершини. На пізній стадії вірус спричиняє вироблення в організмі гусениці речовин, які залишають від нещасної буквально мокре місце, розріджуючи її тіло. Так з мертвої гусені вивільняються мільйони бакуловірусів, які, розмиті дощем, поширюються краплями на нижчі листки рослини. Там вони, можливо, знайдуть собі іншу гусінь.

Бакуловірус вбив гусінь карадрини (зверху). David Nance / USDA Agricultural Research Service / Bugwood.org

Бакуловірус вбив гусінь карадрини (зверху). David Nance / USDA Agricultural Research Service / Bugwood.org

Але віруси можуть змінювати поведінку не тільки своїх остаточних хазяїнів, а навіть тих, хто є лише їхніми переносниками. Комахи допомагають поширюватися чималій кількості збудників захворювань не лише людей та тварин, а й рослин. Але оскільки рослини є малорухомими істотами й на їхню поведінку не повпливаєш, то деякі віруси рослин пристосувалися керувати іншою, мобільною частиною системи паразит-переносник-хазяїн, а саме комахами, у яких хвороби як такої не викликають. Так, вірус жовтої карликовості ячменю (Barley yellow dwarf virus), що викликає хворобу в злакових, змінює уподобання черемхової попелиці (Rhopalosiphum padi). Після потрапляння збудників до організму попелиць, останні віддають перевагу харчуванню на неінфікованих вірусом жовтої карликовості злаках. Якщо комаха відвідуватиме лише здорові рослини, то шанси на інфікування більшої їх кількості зростають, ніж якщо вони з однаковою частотою харчуються й на уже хворих рослинах.

Безсоромні бактерії

Чи не найяскравішим прикладом маніпуляції хазяїном серед бактерій можна назвати бактерії Wolbachia. Вони живуть всередині клітин членистоногих та деяких нематод і є настільки поширеними в природі, що близько 40 відсотків усіх наземних членистоногих інфіковані цим патогеном. Як бактерії вдалося досягти такої поширеності?

Wolbachia може обжитися в різних органах своїх хазяїнів, але їй більше подобається інфікувати статеві клітини самок. Це значно полегшує її поширення до інших організмів, оскільки вона може заражати запліднені яйця всередині самки, з яких вилупиться вже інфіковане потомство. Дуже зручно, але проблема полягає в тому, що якщо вилупиться самець, то він не передасть своїм нащадкам бактерій, оскільки яєць не відкладає, а в сперматозоїди цей патоген не поміщається. Тому вольбахії не дуже полюбляють чоловіків.

Проте ці бактерії розвинули інші пристосування, які дають можливість керувати статевим життям своїх хазяїнів як тільки заманеться. Вони можуть вбивати самців ще на личинковій стадії, або ж здійснювати фемінізацію — перетворювати самців на самок із чоловічим набором хромосом. Також вони вміють запускати в жіночих особин процес партеногенезу, тобто здатність розмножуватися взагалі без необхідності запліднення самцями. А ще вольбахії відомі за індукування цитоплазматичної несумісності. Вона полягає в тому, що інфіковані самці не можуть дати життєздатне потомство зі здоровими самками. Таким чином репродуктивний успіх останніх знижується, бо ембріони від здорових самок, які спарувалися з інфікованим самцем, знищуються, що призводить до зниження кількості здорових тварин. Але останні дослідження показують, що й поведінкою хазяїв можуть керувати ці винахідливі бактерії.

Самці дрозофіл, інфіковані бактеріями Wolbachia, суттєво більше й хаотично спаровуються. Вчені припускають, що це може бути наслідком керування комахами бактеріями, оскільки має вплив на поширення патогену. Але інфіковані самці також проявляють меншу агресивність, яка знижує їхню конкурентоспроможність, тож живуть вони менше. З іншого боку, у самок, що спарувалися з інфікованим самцем, знижується бажання повторно спаровуватися та навіть погіршується апетит.

Найпростіші не такі вже й прості

Хоча найпростіші складаються всього з однієї еукаріотичної клітини, як ви вже зрозуміли, недооцінювати їх не варто. Однією з найпоширеніших інфекцій, спричинених найпростішими, є токсоплазмоз. За виникнення інфекції відповідає Toxoplasma gondii, яку інколи ніжно називають любителем кішечок. Справді, перебування цих паразитів усередині котячого організму ніяким дискомфортом не проявляється. Може здатися, що це доволі безневинне сусідство, поки токсоплазма не потрапить до організму іншої тварини.

Для токсоплазми коти є остаточними хазяїнами. Ці паразити можуть статево розмножуватися тільки в кишечнику вусатих улюбленців. Але як їм туди потрапити? Найпростіший шлях полягає в тому, щоб змусити кішку з’їсти паразитів. Тож еволюційно так склалося, що на певному етапі свого життя токсоплазма мусить перебувати у тваринах, якими харчуються кішки. Звичайно це миші та інші гризуни, які поїли з землі, де колись кіт вирішив випорожнитися та вивільнив ооцисти токсоплазми. В організмі цих проміжних хазяїнів токсоплазма починає розмножуватися нестатево, переважно в клітинах м’язів та мозку. Але через деякий час бурхливе розмноження сповільнюється і токсоплазми огортаються в оболонки, цисти, де очікуватимуть, коли їх з’їсть кішка і вони зможуть приступити до статевого розмноження в її кишківнику.

Ось тільки гризуни здебільшого геть не поспішають стати обідом кота. У них на рівні інстинктів закладене уникання місць із ознаками присутності котів, наприклад, запахом котячої сечі. Але наявність токсоплазми в мозкові мишей і щурів робить їх безстрашними, і вони абсолютно спокійно починають ходити на відкритих місцевостях, навіть якщо повсюди чутно свіжий котячий запах. Ймовірно, це підвищує шанси котів на успішне полювання. А крім того, деякі дослідження вказують, що токсоплазмоз пацюків робить самців більш привабливими для самок. Така маніпуляція вибором статевого партнера зрозуміла, якщо врахувати, що токсоплазми можуть передаватися у цих тварин статевим шляхом та від матері до потомства.

Toxoplasma при 570-кратному збільшенні. CDC

Toxoplasma при 570-кратному збільшенні. CDC

Хоча люди не є цільовим об’єктом токсоплазми, позаяк нами не часто ласують коти, ми дуже часто виявляємося носіями цього паразита, заражаючись через немиті овочі, недостатньо оброблене м’ясо або при прибиранні котячого лотка. Насправді токсоплазмоз часто називають найпоширенішою інфекцією в людей, якою хворіють до 50 відсотків населення Землі, а в деяких європейських регіонах такий діагноз можна поставити майже всім поголовно. Але чи впливає токсоплазма на нашу поведінку? Дедалі більше досліджень натякають на це.

Проникнення токсоплазми в організм людини зазвичай ніяким хворобливим станом не супроводжується, лише інколи можна відчути симптоми, схожі на застуду або грип. Але після того, як паразити сформують цисти, їхня присутність більше не помітна. Майже. Немало наукових робіт описували, що токсоплазмоз може робити людей, так само як і мишей, більш ризикованими та навіть агресивними. Деякі результати виявили зв’язок між частотою токсоплазмозу в популяції та частотою автомобільних аварій, а також із психічними захворюваннями, як-от шизофренією, біполярним чи обсесивно-компульсивним розладом. Проте наразі неможливо говорити однозначно про наявність чи відсутність впливу на поведінку людини токсоплазми, оскільки більшість проведених досліджень мають суттєві обмеження.

Родич токсоплазми малярійний плазмодій (Plasmodium) теж має декілька фокусів, які допомагають йому керувати хазяїном. Малярія у людей є дуже серйозною паразитарною хворобою, але нею не можна захворіти без комарів. Останні слугують для плазмодіїв остаточними хазяїнами та переносниками, тому що через укус доставляють паразитів до людського організму. Щоб підвищити шанси на інфікування людини, малярійний плазмодій тягне за ниточки маріонетки то в один, то в інший бік.

Малярійний комар Anopheles gambiae кусає шкіру людини. James Gathany / CDC

Малярійний комар Anopheles gambiae кусає шкіру людини. James Gathany / CDC

Після того, як комар інфікується плазмодіями від хворої людини, паразити починають статево розмножуватися в його організмі. Вони стануть готовими до передачі проміжному хазяїну, людині, тільки через кілька тижнів, коли пройдуть через необхідні перетворення в слинних залозах комахи. До цього часу збудникам краще залишатися в організмі комара, тож останніх тимчасово стає менше цікавити тепла шкіра людини і вони рідше живляться. Однак на пізній стадії хвороби, коли плазмодії мають потрапити до проміжного хазяїна, навпаки, комарів починають приваблювати людські тіла, як ніколи раніше. Проте наїстися їм тепер складніше, оскільки паразити заблокували частину слинної залози, яка відповідає за виробництво антикоагулянту — речовини, яка не дає крові згорнутися, поки комар її п’є. Це змушує комаху набагато частіше кусатися, прагнучи вгамувати раптово посилений голод. Так комарі за одну ніч кусають набагато більше людей, ніж їхні здорові родичі, та розносять небезпечну хворобу.

Грибне жахіття

Гриби кордицепс проростають тілом жертви, добираються до її мозку та перетворюють на зомбі зі страхітливими виростами на голові. Ні, зараз ми не про сюжет гри The Last of Us, а про справжнього паразитичного гриба, який дуже вміло керує поведінкою свого хазяїна-комахи.

Потрапивши на поверхню тіла мурахи, спора кордицепса однобокого (Ophiocordyceps unilateralis) починає проростати всередину тіла комахи. Через два-три тижні інфікована мураха починає поводитися дивно, явно не по-здоровому. Комаха покидає гніздо та, як інфіковані бакуловірусом личинки, забирається на рослину. Проте не на її вершину, а на висоту 20-30 сантиметрів від землі з північного боку рослини, де вологість оптимальна для розвитку гриба. Жертва вилізає на нижній бік листка та хапається за нього щодуху своїми щелепами. Відірватися від листка у мурахи вже не вийде, навіть якби вона захотіла, тому що паразит спричинив атрофію м’язів її щелеп. Взагалі, дослідження показали, що кордицепс для маніпуляції хазяїном навіть не проникає у мозок мурахи, але обростає решту її тіла так, що це вже майже гриб у мурашиній оболонці. Завдяки виділенню хімічних речовин кордицепс контролює поведінку хазяїна периферійно, змушуючи рухатися м’язи мурахи дійсно подібно до ляльковода.

З такою мертвою хваткою мураха чекатиме на свою смерть, через кілька днів після якої з її голови виросте довга строма гриба з плодовими тілами. Ще трохи, і з верхівки грибного виросту розсипаються спори, готові потрапити на нову жертву — мураху, яка трудиться десь там внизу.

NAUKA.UA

Тактика виживання паразитичного гриба Entomophthora muscae, що вражає кімнатних мух, нагадує таку в кордицепса, але трохи навіть огидніша. Як і у випадку з мурахою, паразитичний гриб потрапляє до організму мухи внаслідок проростання спори через її кутикулу. Після цього гриб активно починає зростати в тілі комахи, вичерпуючи з неї поживні речовини. В один з вечорів, коли повітря вологе та придатне для проростання спор, а здорові мухи сідають ближче до землі перепочити, паразит диктує мусі, що настав час діяти. Він змушує її вибиратися, знову ж, якнайвище, звідки спори розлетяться на більшу площу, а потім спонукає її стати в особливу позу: схопитися хоботком за субстрат, випрямити ноги та крила, підняти вверх черевце. У такому вигляді муха згодом помирає, а з її роздутого паразитом черевця проростають гіфи зі спорами, які вистрілюються з тіла жертви на відстань кількох міліметрів, щоб потрапити на інших мух.

Але на цьому гриб ще не покидає справ із мертвою мухою. Якимось чином він змушує її виділяти статеві феромони. Вкупі зі збільшеним черевцем це призводить до того, що здорові самці мух починають відчувати сильний статевий потяг до трупів померлих через паразита сородичів. Вони намагаються спаруватися з ними й вивільняють ще більше спор, які розвівають рухами своїх крил і цим поширюють на більшу відстань.

Муха, з якої вже вистрільнули спори гриба ентомофтори. NobbiP / Wikimedia Commons

Муха, з якої вже вистрільнули спори гриба ентомофтори. NobbiP / Wikimedia Commons

Світ паразитів здається дуже дивним, жорстоким і трохи фантастичним — він має вже майже готові сюжети для науково-фантастичних фільмів жахів. Навіть відносно прості за своєю будовою паразити мають пристосування, які дають їм змогу взяти верх над суттєво більшими та складнішими організмами. Але не варто вважати їх прибічниками зла та зайвою частиною природи. Паразити виконують надважливі функції для підтримання рівноваги екосистем, і без них світ був би далеко не таким красивим. Читайте детальніше про те, чим можуть бути корисні паразити, у нашому матеріалі «Коли паразит – не ворог». А наступного разу ми розповімо про паразитів-маніпуляторів, які зустрічаються серед гельмінтів, комах та інших організмів.