Какие паразиты манипулируют поведением своих хозяев

13:06 08 Ноябрь Киев, Украина

Мир паразитов на первый взгляд кажется очень примитивным. Найди себе слабого хозяина и пользуйся его телом, наслаждаясь жизнью тунеядца. Но если чуть-чуть углубиться в суть, то оказывается, что быть паразитом трудно. Чтобы найти хозяина, забраться к его телу, выжить в нем и наконец размножиться, паразитам часто приходится прилагать больше усилий, чем жертвам для выживания.

Паразиты должны были развить в процессе эволюции приспособления, чтобы иметь возможность жить в нетипичной для других среде — не водной, не наземной, а в живом организме. Там, где защитные функции хозяина будут постоянно действовать против чужестранцев. Так паразиты развили разные пути ухода от иммунной системы, сложный жизненный цикл, выросты для закрепления, а также самое изящное приспособление — способность манипулировать поведением своего хозяина. Далее мы вам покажем, что быть кукловодами могут даже простые по своему строению паразиты, из-за чего становится как-то неудобно называть их «примитивными нахлебниками».

Самые маленькие, но не по влиятельности

Так как вирусы не могут размножаться и долго существовать вне клеток организмов, то их можно отнести к облигатным паразитам. Вопреки сверхпростому строению и чрезвычайно малым размерам вирусов, они могут оказать огромное влияние. В частности, эти нуклеиновые кислоты в оболочках могут указывать существенно сложнее хозяевам, как им следует вести себя.

Примером вирусов-манипуляторов можно назвать вирусов бешенства ( Lyssavirus ). Эти возбудители поражают разные виды животных, приводя к существенным изменениям в организме. Для человека бешенство настолько опасно, что почти стопроцентно приводит к смерти. Вирус повреждает нервную систему, поэтому вызывает разительные изменения и в поведении больных. Инфицированные вирусом бешенства становятся тревожными, могут проявлять чрезмерную агрессию, на поздних стадиях болезни у них появляется усиленное слюноотделение и, что удивительно, так сильна боязнь воды, что у больных даже мысль о питье может приводить к болезненным спазмам мышц глотки и гортани. Некоторые исследования указывают , что эти симптомы проявляются из-за наличия у вируса белка, напоминающего по структуре нейротоксин змеиного яда.

Все эти проявления совсем не пользуются хозяевам, но помогают вирусу распространяться. Инфицированные не могут пить и проглатывать, поэтому в их слюне вирусы могут накапливаться в большой концентрации. А поскольку чрезмерная агрессивность у животных часто сопровождается укусами, это становится прекрасной возможностью для новых вирусных частиц из слюны попасть из-за ранения в организм нового хозяина. Хотя теоретически больной человек тоже может заразить здорового из-за укусов, пока таких случаев не регистрировали.

Бакуловирусы ( Baculoviridae ) тоже известны своим умением вносить коррективы на свой лад в поведение своих хозяев. Это относительно большие вирусы, которые заражают преимущественно гусениц бабочек. После инфицирования некоторыми из них обычно медленная и малоподвижная гусеница становится слишком встревоженной и активной. Вместо того чтобы найти себе удобное место ближе к земле для куклования, как другие гусеницы, зараженные зомби-вирусом личинки бабочек начинаютползти все выше по растению, к свету, к его вершине. На поздней стадии вирус влечет за собой выработку в организме гусеницы веществ, которые оставляют от несчастной буквально мокрое место, разжижая ее тело. Так из мертвой гусеницы высвобождаются миллионы бакуловирусов, которые, размытые дождем, распространяются каплями на низшие листья растения. Там они, возможно, найдут себе другую гусеницу.
 
 
Фото: Бакуловирус убил гусеницу карадрины (сверху)
 

Но вирусы могут изменять поведение не только своих окончательных хозяев, но даже тех, кто только их переносчиками. Насекомые помогают распространяться немалому количеству возбудителей заболеваний не только людей и животных, но и растений. Но поскольку растения являются малоподвижными существами и на их поведение не повлияешь, некоторые вирусы растений приспособились управлять другой, мобильной частью системы паразит-переносчик-хозяин, а именно насекомыми, у которых болезни как таковой не вызывают. Так, вирус желтой карликовости ячменя ( Barley yellow dwarf virus ), вызывающий болезнь у злаковых, изменяет предпочтения черемуховой тли ( Rhopalosiphum padi). После попадания возбудителей в организм тлей, последние предпочитают питание на неинфицированных вирусом желтой карликовости злаках. Если насекомое будет посещать только здоровые растения, то шансы на инфицирование большего их количества возрастают, чем если они с одинаковой частотой питаются и уже больных растениях.

Бесстыдные бактерии

Едва ли не самым ярким примером манипуляции хозяином среди бактерий можно назвать бактерии Wolbachia . Они живут внутри клеток членистоногих и некоторых нематод и настолько распространены в природе, что около 40 процентов всех наземных членистоногих инфицированы этим патогеном. Как бактерии удалось добиться такой распространенности?

Wolbachia может обжиться в разных органах своих хозяев, но ей больше нравится инфицировать половые клетки самок. Это значительно облегчает ее распространение в другие организмы, поскольку она может заражать оплодотворенные яйца внутри самки, из которых вылупится уже инфицированное потомство. Очень удобно, но проблема заключается в том, что если вылупится самец, то он не передаст своим отпрыскам бактерий, поскольку яиц не откладывает, а в сперматозоиды этот патоген не помещается. Поэтому вольбахии не очень любят мужчин.

Однако эти бактерии развили другие приспособления, позволяющие управлять половой жизнью своих хозяев как только вздумается. Они могут убивать самцов еще на личиночной стадии, или осуществлять феминизацию — превращать самцов в самок с мужским набором хромосом. Также они умеют запускать в женских особях процесс партеногенеза, то есть способность размножаться вообще без необходимости оплодотворения самцами. А еще вольбахии известны при индуцировании цитоплазматической несовместимости. Она заключается в том, что инфицированные самцы не могут дать жизнеспособного потомства со здоровыми самками. Таким образом, репродуктивный успех последних снижается, так как эмбрионы от здоровых самок, которые спарились с инфицированным самцом, уничтожаются, что приводит к снижению количества здоровых животных. Но последние исследования показывают,

Самцы дрозофил, инфицированные бактериями Wolbachia , существенно больше и хаотично спариваются . Ученые предполагают, что это может являться следствием управления насекомыми бактериями, поскольку оказывает влияние на распространение патогена. Но инфицированные самцы также проявляют меньшую агрессивность, которая снижает их конкурентоспособность, поэтому они живут меньше. С другой стороны, у самок, спарившихся с инфицированным самцом, снижается желание повторно спариваться и даже ухудшается аппетит.

Самые простые не такие уж простые
Хотя самые простые состоят всего из одной эукариотической клетки, как вы уже поняли, недооценивать их не стоит. Одной из наиболее распространенных инфекций, вызванных простейшими, является токсоплазмоз. За возникновение инфекции отвечает Toxoplasma gondii, которую иногда нежно называют любителем кошечек. Действительно, пребывание этих паразитов внутри кошачьего организма никаким дискомфортом не проявляется. Может показаться, что это невинное соседство, пока токсоплазма не попадет в организм другого животного.

Для токсоплазмы кошки являются окончательными хозяевами. Эти паразиты могут полово размножаться только в кишечнике усатых любимцев. Но как им туда попасть? Самый простой путь состоит в том, чтобы заставить кошку съесть паразитов. Так что эволюционно так сложилось, что на определенном этапе своей жизни токсоплазма должна находиться в животных, которыми питаются кошки. Обычно это мыши и другие грызуны, которые поели с земли, где когда-то кот решил опорожниться и высвободил ооцисты токсоплазмы. В организме этих промежуточных хозяев токсоплазма начинает размножаться неполово, преимущественно в клетках мышц и мозга. Но спустя некоторое время бурное размножение замедляется и токсоплазмы оборачиваются в оболочки, цисты, где будут ожидать, когда их съест кошка и они смогут приступить к половому размножению в ее кишечнике.

Вот только грызуны в большинстве своем не спешат стать обедом кота. У них на уровне инстинктов заложено избегание мест с признаками присутствия кошек, например запахом кошачьей мочи. Но наличие токсоплазмы в мозговых мышах и крысах делает их бесстрашными, и они совершенно спокойно начинают ходить на открытых местностях, даже если повсюду слышен свежий кошачий запах. Вероятно, это повышает шансы кошек на успешную охоту. А кроме того, некоторые исследования указывают , что токсоплазмоз крыс делает самцов более привлекательными для самок. Такая манипуляция выбором полового партнера ясна, если учесть, что токсоплазмы могут передаваться у этих животных половым путем и от матери к потомству.

Хотя люди не являются целевым объектом токсоплазмы, так как нами не часто лакомятся коты, мы очень часто оказываемся носителями этого паразита, заражаясь через немытые овощи, недостаточно обработанное мясо или при уборке кошачьего лотка. На самом деле, токсоплазмоз часто называют самой распространенной инфекцией у людей, которой болеют до 50 процентов населения Земли, а в некоторых европейских регионах такой диагноз можно поставить почти всем поголовно. Но влияет ли токсоплазма на наше поведение? Все большее количество исследований намекают на это.

Проникновение токсоплазмы в организм человека обычно никаким болезненным состоянием не сопровождается, лишь иногда можно почувствовать симптомы, похожие на простуду или грипп. Но после того, как паразиты сформируют цисты, их присутствие больше не заметно. Почти. Немало научных работ описывали , что токсоплазмоз может делать людей, равно как и мышей, более рискованными и даже агрессивными. Некоторые результаты выявили связь между частотой токсоплазмоза в популяции и частотой автомобильных аварий, а также с психическими заболеваниями , например шизофренией, биполярным или обсессивно-компульсивным расстройством. Однако пока невозможно говорить однозначно о наличии или отсутствии влияния на поведение человека токсоплазмы, поскольку большинство проведенных исследований имеют существенные ограничения.

Родственник токсоплазмы малярийный плазмодий ( Plasmodium ) тоже имеет несколько фокусов, которые помогают ему управлять хозяином. Малярия у людей очень серьезная паразитарная болезнь, но ею нельзя заболеть без комаров. Последние служат для плазмодиев окончательными хозяевами и переносчиками, потому что через укус доставляют паразитов человеческому организму. Чтобы повысить шансы на инфицирование человека, малярийный плазмодий тянет за ниточки муртада то в одну, то в другую сторону.
 
Фото: Малярийный комар Anopheles gambiae кусает кожу человека


После того, как комар инфицируется плазмодиями от больного человека, паразиты начинают размножаться полово в его организме. Они станут готовыми к передаче промежуточному хозяину, человеку только через несколько недель, когда пройдут через необходимые превращения в слюнных железах насекомого. До этого времени возбудителям лучше оставаться в организме комара, так что последних временно становится меньше интересовать теплая кожа человека и они реже питаются. Однако на поздней стадии болезни, когда плазмодии должны попасть к промежуточному хозяину, наоборот, комаров начинают привлекать человеческие тела, как никогда раньше. Однако наесться им теперь сложнее, поскольку паразиты заблокировали часть слюнной железы, отвечающей за производство антикоагулянта — вещества, которое не дает крови свернуться, пока комар ее пьет. Это заставляет насекомое гораздо чаще кусаться, стремясь унять внезапно усиленный голод. Так комары за одну ночь кусают гораздо больше людей, чем их здоровые родственники и разносят опасную болезнь.

Грибной ужас

Грибы кордицепс прорастают телом жертвы, добираются до ее мозга и превращают в зомби с устрашающими выростами на голове. Нет, сейчас мы не о сюжете игры The Last of Us, а о настоящем паразитическом грибе, который умело управляет поведением своего хозяина-насекомого.

Попав на поверхность тела муравья, спора кордицепса однобокого ( Ophiocordyceps unilateralis ) начинает прорастать внутрь тела насекомого. Через две-три недели инфицированный муравей начинает вести себя странно, явно не по-здоровому. Насекомое покидает гнездо и, как инфицированные бакуловирусом личинки, убирается на растение. Однако не на ее вершину, а на высоту 20-30 см от земли с северной стороны растения, где влажность оптимальна для развития гриба. Жертва вылезает на нижнюю сторону листа и хватается за него со всех ног своими челюстями. Оторваться от листа у муравьи уже не получится, даже если бы она захотела, потому что паразит вызвал атрофию мышц ее челюстей. Вообще, исследования показали, что кордицепс для манипуляции хозяином даже не проникает в мозг муравья, но обрастает остальное ее тело так, что это уже почти гриб в муравьиной оболочке. Благодаря выделению химических веществ кордицепс контролирует поведение хозяина периферийно, заставляя двигаться муравьи мышцы действительно подобно кукловоду.

С такой мертвой хваткой муравей будет ждать своей смерти, через несколько дней после которой из ее головы вырастет длинная отвесная гриба с плодовыми телами. Еще немного, и с верхушки грибного выроста рассыпаются споры, готовые попасть на новую жертву — муравей, который трудится где-то внизу.

Тактика выживания паразитического гриба Entomophthora muscae , поражающего комнатных мух, напоминает таковую у кордицепса, но немного даже отвратительнее. Как и в случае с муравьем, паразитический гриб попадаетв организм мухи вследствие прорастания споры через ее кутикулу. После этого гриб активно начинает расти в теле насекомого, исчерпывая из него питательные вещества. В один из вечеров, когда воздух влажный и пригодный для прорастания спор, а здоровые мухи садятся ближе к земле отдохнуть, паразит диктует мухе, что пора действовать. Он заставляет ее выбираться, опять же, как можно выше, откуда споры разлетятся на большую площадь, а потом побуждает ее стать в особую позу: схватиться хоботком за субстрат, выпрямить ноги и крылья, поднять брюшко. В таком виде муха со временем умирает, а из ее раздутого паразитом брюшка прорастают гифы со спорами, выстреливающимися из тела жертвы на расстояние нескольких миллиметров, чтобы попасть на других мух.
 
Фото: Муха, из которой уже выстрелили споры гриба энтомофторы

Но на этом гриб еще не оставляет дел с мертвой мухой. Каким-то образом он принуждает ее выделять половые феромоны. Вместе с увеличенным брюшком это приводит к тому, что здоровые самцы мух начинают испытывать сильное половое влечение к трупам умерших из-за паразита сородичей. Они пытаются спариваться с ними и высвобождают еще больше спор, которые развевают движениями своих крыльев и этим распространяют на большее расстояние.

Мир паразитов кажется очень странным, жестоким и немного фантастическим — он уже почти готовые сюжеты для научно-фантастических фильмов ужасов. Даже относительно простые по своему строению паразиты имеют приспособления, позволяющие им одержать верх над существенно большими и более сложными организмами. Но не следует считать их приверженцами зла и излишней частью природы. Паразиты выполняют очень важные функции для поддержания равновесия экосистем, и без них мир был бы далеко не таким красивым.