Зомби принимали множество форм в популярной культуре. В клипе Майкла Джексона «Thriller» трупы выбираются из могил и исполняют впечатляюще слаженный танец. В сериале HBO «Одни из нас» грибок заражает людей, завладевает их телами и превращает в носителей, помогающих распространять инфекцию. Даже Планктон из «Губки Боба» пробовал взять под контроль другой организм.
Эти примеры вымышлены, но все они обыгрывают одну и ту же тревожную идею: может ли один организм взять под контроль другой, даже после его смерти? В природе ответ не столь драматичен, но некоторые паразиты и грибы подходят к этому удивительно близко.
Я как биомедицинский инженер и синтетический биолог провожу много времени, размышляя о том, как биологические системы воспринимают сигналы, обрабатывают информацию и меняют своё поведение. Это часть того, что делает идею контроля одного организма над другим такой захватывающей для меня.
Некоторые паразиты и грибы могут изменять поведение живого хозяина так, чтобы это приносило пользу паразиту. Они не возвращают мёртвых к жизни. Вместо этого они вмешиваются в биологические системы, контролирующие движение, мотивацию и принятие решений.
Муравьи-зомби и грибы
Самый известный пример изменения поведения хозяина паразитом — гриб «муравей-зомби» Ophiocordyceps, который вдохновил «Одних из нас».
Жизненный цикл гриба начинается, когда споры попадают на муравья. Споры прилипают к внешней поверхности муравья и в конце концов пробивают её, позволяя грибу проникнуть в тело. Оказавшись внутри, гриб растёт и распространяется, пока муравей ещё жив. Инфекция может развиваться несколько недель, прежде чем начнутся самые драматичные изменения в поведении муравья.
В конце концов заражённый муравей покидает колонию и начинает блуждать и взбираться на растительность. Это поведение уводит муравья из его нормальной среды обитания в место, благоприятное для размножения и распространения гриба. Ближе к концу инфекции муравей крепко вцепляется в лист, веточку или другую поверхность растения и остаётся прикреплённым в том, что исследователи называют «хваткой смерти». После смерти муравья гриб поглощает оставшиеся ткани и выпускает из тела муравья ножку. Эта структура высвобождает споры, которые могут упасть на других муравьёв внизу и начать цикл заново.
Как гриб заставляет муравья делать это? Можно представить, что клетки гриба вторгаются в мозг муравья и берут контроль. Удивительно, но исследователи, изучавшие заражённых муравьёв до смерти, обнаружили обширный рост гриба по всему телу и вокруг мышечных волокон, но не внутри мозга. Клетки гриба могут образовывать сети вокруг мышц муравья, что позволяет предположить: способность манипулировать поведением может включать коммуникацию между грибом и множеством тканей хозяина, а не прямой контроль над мозгом.
«Хватка смерти» даёт особенно яркий пример того, как гриб может манипулировать мышцами хозяина. Челюстные мышцы заражённых муравьёв обильно колонизированы грибом, показывая признаки крайнего сокращения. Есть также признаки того, что гриб может выделять молекулы вблизи этих тканей. При этом двигательные нейроны и связи между нервами и мышцами могут оставаться intact. В совокупности эти находки позволяют предположить, что гриб может изменять механизм, контролирующий сокращение мышц, а не просто разрушать его.
Учёные до сих пор точно не знают, что заставляет муравьёв проходить всю последовательность блуждания, лазания и укуса. Хотя исследователи выявили гены гриба, связанные с белками, токсинами и другими соединениями, которые могут влиять на химическую сигнализацию в хозяине, многие из этих возможных механизмов ещё не доказаны.
Эта неопределённость — часть того, что делает систему такой захватывающей. Гриб, по-видимому, не переключает единственный «рубильник зомби». Вместо этого он может одновременно изменять несколько биологических систем, пока муравей не начнёт вести себя так, чтобы это приносило пользу грибу.
Как создать зомби
Ophiocordyceps — не единственный организм, способный менять поведение хозяина.
Изумрудная оса Ampulex compressa использует совершенно иную стратегию: она впрыскивает яд в нервную систему таракана. Таракан не парализован, но становится гораздо менее склонен начинать движение самостоятельно или убегать. Затем оса может вести его в нору и отложить на него яйцо.
Исследователи показали, что яд снижает активность в частях нервной системы, отвечающих за запуск движения. Иными словами, таракан всё ещё может ходить, но его побуждение к этому изменено.
Волосатики (нематоды) идут в поведенческой манипуляции на шаг дальше, ведя своих хозяев к собственной гибели. Некоторые виды заражают богомолов или сверчков и растут внутри них, пока насекомое ещё живо. Когда червь готов размножаться, заражённый хозяин становится необычно привлечён светом, что может тянуть его к блестящей поверхности воды. Хозяин входит в воду, где червь выбирается из его тела и начинает следующую стадию жизненного цикла. Для хозяина, который не умеет плавать, такое поведение может быть смертельным.
Исследователи всё ещё выясняют, как именно паразит вызывает это изменение, но исследования обнаружили изменения белков в мозге хозяина, когда паразит манипулирует им. По сути, паразит, по-видимому, угоняет сенсорный и поведенческий механизм хозяина, чтобы направить его туда, куда он обычно не пошёл бы.
К несчастью для сверчков, волосатики также считают их хорошими хозяевами.
Поведенческая манипуляция встречается и у млекопитающих. Toxoplasma gondii может заражать многих теплокровных животных, но размножается в кошках.
Хотя грызуны обычно избегают запаха кошек, заражённые паразитом могут потерять часть этого естественного отвращения и даже стать привлечёнными к кошачьим запахам. Это изменение может повысить шансы, что заражённый грызун будет съеден кошкой, позволяя паразиту завершить жизненный цикл.
Больше, чем контроль над разумом
Эти примеры показывают, почему «контроль над разумом» — несовершенное описание того, как паразиты манипулируют хозяевами. Паразитам не нужно контролировать каждое действие хозяина. Им может понадобиться изменить лишь одно ключевое поведение: лазать или нет, уходить или нет, входить в воду или нет, избегать хищника или нет.
Не существует единого «рубильника зомби». Поведение возникает из коммуникации между нервной системой, мышцами и другими тканями по всему телу. Разные паразиты выработали разные способы вмешиваться в эти системы.
Так что биология не может создать танцующих мертвецов из «Thriller» или заражённых людей из «Одних из нас». Но если зомби — это живой организм, нормальное поведение которого перенаправлено другим организмом, природа уже создала их предостаточно.
Изучение этих реальных зомби может помочь учёным понять не только то, как паразиты манипулируют хозяевами, но и то, как нормальное поведение генерируется и контролируется в принципе.
Источники: Pontoppidan et al., PLoS One; JMGM/Wikimedia Commons (CC BY-SA); AJ Cann/Wikimedia Commons (CC BY-SA); материал основан на статье биомедицинского инженера и синтетического биолога о паразитах и грибах, манипулирующих поведением хозяев.
Ваш комментарий