Эксперимент: гриб-паразит манипулирует половым поведением самцов мух

11:43 03 ноября Киев, Украина

Ученые из Дании и Швеции заподозрили поражающий мух паразитический гриб Entomophthora muscae в одновременной манипуляции поведением хозяина и сексуальной мимикрии (явления, когда один вид имитирует сигналы к размножению другого). Их исследование показывает, что паразит управляет выработкой летучих веществ в мертвом теле самки мухи для привлечения здоровых самцов и сам производит несвойственные домашним мухам вещества, что побуждает их спариваться с трупом зараженной самки и инфицироваться и распространять споры патогена. Исследование опубликовано в виде препринта на сайте bioRxiv.

О каких паразитах идет речь?

Облигатные паразиты, не способные жить вне тела хозяина, постоянно сталкиваются с давлением со стороны неблагоприятной для них среды организма. Естественный отбор постоянно побуждает их развивать новые способы борьбы с контрприспособлениями хозяев, чтобы выжить. Некоторых паразитов это привело к способности манипулировать хозяином.
 
Примером является патогенный гриб Entomophthora muscae, паразитирующий на домашних мухах (Musca domestica). Попав через кутикулу внутрь тела насекомого, споры гриба начинают прорастать, принимая питательные вещества из организма мухи, и формировать мицелий.Вскоре перед тем, как паразит будет готов размножиться, он заставляет муху забраться как можно выше, откуда его споры разлетятся на большее расстояние. Там инфицированное насекомое должно замереть в необычной для себя позе, которая меньше всего будет препятствовать рассеиванию спор из ее тела. После этого она умирает, а из ее набухшего брюшка вырастают микроскопические гифы, выстреливающие вокруг споры, которые, возможно, упадут на других мух поблизости.
 
Но на этом влияние паразита на уже мертвую муху не прекращается. Каким-то образом он делает ее крайне привлекательной для самцов (особенно если умерший хозяин – это самка), которые начинают испытывать сильную потребность в спаривании с трупом.Контактируя в процессе со спорами, самцы и сами инфицируются, но кроме этого движениями своих крыльев развевают споры, распространяя их на большее расстояние.

Точное влияние гриба, делающего труп сексуально привлекательным, непонятно. Но некоторые исследования предполагали, что дело в химических соединениях, которые усиленно выделяет муха вследствие инфицирования или сам паразит. Исследователи из Копенгагенского университета и Шведского университета сельскохозяйственных наук попытались выяснить, так ли это.
 
Фото: Самцы мух испытывают влечение к трупам инфицированных самок


Как подошли к изучению паразита ученые?

Сначала ученые провели поведенческие эксперименты, во время которых проверяли, действительно ли самцов мух сильнее тянет к трупам инфицированных самок. Для этого они помещали их в трупы зараженных грибом или убитых охлаждением самок и наблюдали за временем и характером взаимодействий с ними самцов. Следовательно, они определили методом газовой хроматографии с масс-спектрометрией химические вещества, ответственные за привлечение самцов, исследовав экстракты веществ из кутикулы трупов зараженных мух и летучие вещества вокруг них.Также они применили метод электроантенографии, позволяющий определить, среагировали ли антенны, органы обоняния насекомых на химический раздражитель, передав соответствующий электрический сигнал центральной нервной системе. Дополнительно учёные проанализировали экспрессию генов в трупах зараженных насекомых.

Как гриб манипулирует половым поведением самцов мух?

Первые результаты показали, что самцы не проявляют повышенного влечения к трупам инфицированных самок. Они не проводили с ними больше времени и не затрагивали их чаще, чем трупов неинфицированных. Однако впоследствии выяснилось, что если у самцов выбор, то заметно чаще пытаются спариваться с инфицированным трупом, паразит которого находится на поздней стадии спорообразования. Все же паразит делает свою мертвую жертву более привлекательной для здоровых мух, но только в то время, когда вероятность инфицирования самца самая высокая.

Когда ученые представляли здоровым самцам липкие ленты со спорами гриба из трупов или без них, то явно чаще мухи прилипали к первым. Изучение электрической активности в антеннах показало, что насекомые действительно реагируют на летучие соединения, окружающие споры из трупов, сильнее, чем вблизи живых мух или незараженных трупов.
Химический анализ показал, что трупы зараженных выделяют природные для кутикулы мух вещества в других концентрациях, чем в незараженных. Например, производят большее количество веществ из группы метил-разветвленных алканов, связывающих с инициацией полового поведения у мух. Интересно, что изменения в выработке веществ происходили в телах мертвых мух в процессе образования спор гриба. Кроме того, трупы инфицированных мух выделяли соединения, на которые наблюдалась усиленная реакция антенн самцов, но ранее не связывавшихся с домашними мухами, например сесквитерпены или этил октаноат. О последнем известно, что он привлекает плодовых мушек и связан с фруктами и дрожжевым брожением.Вероятно, эти вещества выделяет патогенный гриб для манипуляции поведением самцов мух путем обманных сигналов к размножению. Об этом свидетельствует и изучение экспрессии генов, показавшее, что E. muscae экспрессирует необходимые для синтеза сесквитерпены и этил октаноата ферменты.

Ученые считают, что привлечение мух паразитом происходит двумя путями: E. muscae изменяет выработку в мертвых телах свойственных мухам летучих веществ, связанных с половым поведением самцов, а также самостоятельно продуцирует привлекательную смесь сесквитерпенов и других соединений, определить часть из которых сейчас удалось.