Паразит заставляет муравьёв жить в 10 раз дольше и превращает их в королей колонии
Паразит, способный увеличить продолжительность жизни муравьёв почти в десять раз и заставить других членов колонии относиться к заражённым особям почти как к королевам, оказался ещё более необычным, чем считалось ранее. Учёные выяснили, что ленточный червь не просто заражает насекомых, а целенаправленно изменяет их физиологию и поведение, превращая их в удобную добычу для хищника, который необходим паразиту для завершения жизненного цикла.
Речь идёт о муравьях вида Temnothorax nylanderi и ленточном черве Anomotaenia brevis. Личинки муравьёв заражаются паразитом после того, как получают пищу, загрязнённую помётом дятлов, после чего начинается необычный жизненный цикл, в котором паразит постепенно превращает муравья в своеобразную «приманку» для птицы.
Заражённые муравьи начинают менять внешний вид. Их тело становится бледно-жёлтым вместо обычного более тёмного коричневого цвета, а сами насекомые часто вырастают меньше своих незаражённых собратьев. Кроме того, они начинают пахнуть иначе и, по-видимому, выделяют феромоны, которые другие муравьи воспринимают как сигналы, характерные для матки.
В результате рабочие муравьи начинают обращаться с заражёнными особями почти как с членами высшей касты. Они приносят им пищу, переносят их с места на место и ухаживают за ними, фактически обслуживая заражённых муравьёв в ущерб остальной колонии.
Сами заражённые насекомые при этом перестают выполнять обычные обязанности. Они почти не покидают гнездо и редко участвуют в работе колонии, продолжая жить значительно дольше обычных рабочих муравьёв, пока несколько поколений здоровых особей заботятся о них.
Однако паразиту необходимо не просто продлить жизнь муравья. Личинки ленточного червя ждут момента, когда заражённое насекомое будет съедено подходящим хозяином.
Когда к муравейнику приближается дятел, здоровые муравьи разбегаются. Заражённые же особи, изменённые паразитом и лишённые нормальной реакции, остаются практически беззащитными и становятся лёгкой добычей для птицы.
После того как дятел съедает заражённого муравья, личинки ленточного червя попадают в кишечник птицы. Там они превращаются во взрослых паразитов, размножаются и откладывают яйца. Затем яйца выходят наружу вместе с помётом дятла, после чего их могут снова поглотить личинки муравьёв, запуская жизненный цикл паразита заново.
Паразит изменяет физиологию муравьёв на молекулярном уровне
Чтобы понять, каким образом ленточный червь способен настолько сильно менять поведение своего хозяина, команда биологов из Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце в Германии и Чжэцзянского университета в Китае изучила экспрессию генов у заражённых и незаражённых муравьёв, а также у маток.
Исследователи проанализировали мозг насекомых и жировое тело — особую ткань, которая у насекомых участвует в обмене веществ и работе иммунной системы.
Учёные обнаружили, что экспрессия генов в жировом теле заражённых рабочих муравьёв во многом напоминала генетическую активность у маток. Это указывает на то, что паразит не просто вызывает заболевание, а целенаправленно перестраивает физиологию организма хозяина.
«Наш генетический анализ показывает, что инфекция не просто делает муравьёв больными, а целенаправленно изменяет их физиологию. На молекулярном уровне заражённые рабочие муравьи демонстрировали профиль, который частично напоминал профиль маток», — рассказала ведущий автор исследования, поведенческий эколог Сюзанна Фойцик из Университета имени Иоганна Гутенберга.
Выявленные изменения были связаны с обменом веществ, иммунной системой, стрессом и процессами старения. Это может объяснять, почему заражённые муравьи живут дольше, а также почему другие члены колонии начинают относиться к ним особым образом.
Однако при изучении мозга исследователи обнаружили важное отличие. Сходство между матками и заражёнными рабочими муравьями исчезало, а у инфицированных насекомых наблюдалось снижение активности сигнальных молекул и рецепторов.
По мнению учёных, именно это может объяснить, почему заражённые муравьи практически полностью теряют рабочее поведение, характерное для этих насекомых.
Паразит может воздействовать на муравьёв через их собственные системы регуляции
Учёные также сделали неожиданное открытие. Сигнальные молекулы в мозге заражённых муравьёв не были похожи на молекулы, которые производит сам паразит.
Это ставит под сомнение гипотезу о том, что ленточный червь напрямую использует собственные пептиды для управления мозгом хозяина.
«Полученные данные скорее указывают на то, что паразит влияет на муравья косвенно, вмешиваясь в собственные регуляторные сети хозяина, которые контролируют обмен веществ, иммунную систему, старение и поведение, а также другие процессы», — объяснила первый автор исследования биолог Джулия Блази.
Таким образом, Anomotaenia brevis может не «перепрограммировать» мозг муравья с помощью собственных химических сигналов. Вместо этого паразит, вероятно, вмешивается в уже существующие системы регуляции организма, заставляя их работать по-другому.
Ленточный червь является далеко не единственным паразитом, способным превращать муравьёв в персонажей настоящего биологического хоррора. Например, грибок кордицепс поражает нервную систему насекомых и превращает их в своеобразных «зомби».
Заражённый муравей поднимается на растение, после чего гриб заставляет его вцепиться челюстями в нижнюю часть листа. Затем из головы насекомого вырастает плодовое тело, которое раскрывается и распространяет споры на других муравьёв, находящихся на лесной подстилке.
С этой точки зрения заражение ленточным червём может выглядеть для муравья даже менее ужасной судьбой. Паразит значительно продлевает ему жизнь, освобождает от работы и заставляет колонию заботиться о нём, однако в конечном итоге всё это оказывается частью сложной стратегии, которая должна привести его в кишечник дятла.
Исследование в журнале BMC Genomics.