Как опытный микробиолог с многолетним опытом работы в лабораторном халате, я нахожу историю Neurospora crassa и Entomophthora muscae захватывающе жуткой. Замысловатый танец между этими организмами является свидетельством сложного взаимодействия между жизнью и смертью, манипуляцией и симбиозом в нашем естественном мире.
Муха, кажется, занимается своими обычными делами, порхая туда-сюда, но внезапно она начинает вести себя странно. Он движется медленно, и его живот надувается. На его теле растут маленькие белые пучки шерсти.
Когда солнце начинает садиться, вы можете заметить быстрое изменение в поведении мухи. Он поднимается или достигает более высокого места, например, вершины небольшого растения или палки. Достигнув этого места, он вытягивает удлиненный ротовой аппарат и выпускает вязкое вещество, которое плотно его удерживает. После этого он поднимает крылья и перестает двигаться.
Ниже другие ничего не подозревающие мухи могут столкнуться со вспышкой белых частиц, вылетающих из тела умершей мухи. Затем этот процесс повторяется.
Белый материал, поглощающий этих мух, представляет собой гриб под названием Entomophthora muscae, что переводится как «уничтожитель насекомых». Это облигатный патоген, полностью зависящий от своего хозяина, который заражает мух и превращает их в «зомби», исполняющих его волю.
160 лет назад был обнаружен удивительный гриб, действие которого до сих пор остается столь же загадочным, сколь и ужасным. Исследователи веками размышляли: как этот гриб контролирует разум мухи? В чем секрет выбора действовать в определенное время суток? Какие гены в его генетическом составе позволяют ему стать искусным манипулятором?
Сегодня шквал экспериментов начинает раскрывать науку, лежащую в основе этого жуткого контроля над разумом.
Смертельная некрофилия
Как заядлый энтузиаст, я погружаюсь в интригующий мир комнатных мух-зомби, в частности видов Musca Domestica, под руководством Хенрика Х. Де Файна Лихта, биолога-эволюциониста из Копенгагенского университета. Первоначально меня привлек гриб E. muscae из-за его статуса облигатного патогена, но я не мог не быть в равной степени очарован тайнами, окружающими поведенческие манипуляции, которые он использует.
Предоставленная информация сродни сюжету фильма ужасов. Как только грибок атакует муху, он не сразу поражает жизненно важные органы, а вместо этого сначала питается жирами и питательными веществами, в результате чего муха медленно умирает от голода, оставаясь при этом живой. И только когда не остается больше нежизнеспособных областей, которые можно было бы поглотить, гриб начинает манипулировать поведением мухи, делая это таким образом, чтобы гарантировать ее выживание: заставляя муху подняться на высоту и застрять, он обеспечивает широкое распространение. его спор.
Де Файн Лихт нашел увлекательными рассказы о грибе, в которых подробно описывалось, как он обманывает мух, делая разложившиеся тела самок мух непреодолимыми для здоровых самцов. Эти самцы прилетают и пытаются спариться с зараженными трупами, сами того не зная, заражаясь инфекцией. Чтобы изучить эту загадочную привлекательность, Де Файн Лихт и его коллеги смешали останки инфицированных и неинфицированных мух, чтобы изолировать и изучить химические вещества, а также исследовали воздух вокруг трупов. В 2022 году они обнаружили, что гриб выделяет летучие соединения, которые привлекают к себе самцов.
Хотя неясно, привлекают ли летучие вещества самцов мух перспективой секса или еды, по мнению Де Файн Лихт, возможное объяснение состоит в том, что их может привлечь идея еды. Однако при более близком подходе они обнаруживают в трупах менее летучие соединения, которые вызывают сексуальное поведение.
Аннетт Йенсен, биолог из Копенгагенского университета, специализирующийся на организмах, заметила нечто удивительное в том, как другие насекомые реагировали на запах умерших мух. Вместе с одним из своих учеников она обнаружила, что уховерток – насекомых, известных тем, что они поедают других насекомых, – привлекают останки мух, зараженных E. muscae, разновидностью грибка, и они предпочитают питаться ими, а не неинфицированными или трупами, зараженными другими видами грибков. виды грибов. Исследователи пришли к такому выводу, проведя эксперименты, в которых уховерткам предлагался выбор между двумя типами трупов, и они могли выбрать, к какому из них подойти.
По словам Дженсена, который является соавтором обзора грибов, вредных для насекомых в Ежегодном обзоре энтомологии, возможно, есть что-то привлекательное в летучих веществах, выделяемых Entomophthora muscae, которые также привлекают хищников. Он предполагает, что это может быть невероятно питательно!
К списку жертв присоединились плодовые мушки
Кэролин Эля, молекулярный биолог, специализирующийся на мухах-зомби в Гарварде, сместила фокус своих исследований с домашних мух на плодовых мух после того, как случайно обнаружила некоторых «зомбированных» мух на своем заднем дворе во время учебы в докторантуре в Калифорнийском университете в Беркли. Она подставила гнилые плоды в качестве приманки для ловли диких плодовых мух для экспериментов и опешила, когда заметила некоторых мертвецов с поднятыми крыльями, характерной позой и белыми нечеткими спорами на брюшках. Проанализировав ДНК этих спор, Эля подтвердила свои подозрения: эти плодовые мушки стали жертвой E. muscae гриб.
Эля приступил к заражению обыкновенной плодовой мухи Drosophila melanogaster, широко известного модельного организма, тщательно изучаемого исследователями на протяжении более ста лет. Используя E. muscae-D. melanogaster, она стремится извлечь выгоду из передовых генетических инструментов, доступных для дрозофилы, и исследовать мозг мухи, чтобы выяснить, как грибу удается манипулировать им.
Согласно исследованию 2023 года, проведенному Элей и ее командой, было обнаружено, что определенный гриб может выделять в телесную жидкость мух вещества, известные как гемолимфа, которые могут влиять на поведение нейронов мух. Когда Эля вводила гемолимфу зараженных мух здоровым, у них проявлялись симптомы, аналогичные тем, которые наблюдаются у мух-зомби.
Эля обнаружила, что циркадные нейроны, которые помогают мухе отслеживать ежедневные закономерности, могут играть роль в ее зависящем от времени поведении вертикального поиска. Подавляя определенные группы этих нейронов в мозгу мух, Эля наблюдала снижение активности инфицированных мух при восхождении на вершину.
Эля, вместе с Де Файном Лихтом и другими, интересуется концепцией контроля над разумом с точки зрения грибка. Чтобы исследовать это, они недавно секвенировали массивный геном гриба E. мускус. Сосредоточив внимание на штамме, который заражает плодовых мух, эти ученые обнаружили гены, напоминающие гены под названием white-collar 1, которые дают инструкции по созданию датчика синего света в плесени Neurospora crassa. В Н. crassa, этот ген играет роль в циркадных ритмах, что побудило ученых предположить, что он может быть ответственным за точное время, когда поведение зараженных мух достигает пика на закате, прежде чем они погибнут.
В дополнение к своим открытиям ученые обнаружили многочисленные гены, которые позволяют грибу эффективно использовать ткани и питательные вещества мухи. В число этих генов входят те, которые производят ферменты трегалазы, расщепляющие трегалозу (основной сахар в гемолимфе), такие белки, как хитиназы, которые расщепляют хитин, обнаруженный в экзоскелете мухи, и липазы, которые метаболизируют жиры.
Эля объясняет, что у этих грибов уникальный подход. В отличие от многих распространенных патогенов, они не сначала убивают своих хозяев, а затем поедают их. Вместо этого они растут внутри насекомых. Эта способность проникать во все части своего хозяина имеет для них решающее значение», — говорит она.
Как энтузиаст, я воодушевлен продолжающимися исследованиями, поскольку мы углубляемся в поиск дополнительных подсказок. Вместо того, чтобы просто сосредоточиться на самом геноме, ученые теперь изучают РНК-копии генов, которые становятся активными, когда действуют определенные гены. В исследовании, которое еще не прошло рецензирование, Сэм Эдвардс, постдокторант из Вагенингенского университета в Нидерландах, вместе с Де Файн Лихт и их командой, проанализировали РНК в головах домашних мух в разные промежутки времени после Э. muscae инфекция. Их цель — определить, какие гены как мухи, так и грибка активны в голове мухи, и попытаться понять, как грибок меняет поведение мухи.
Исследователи обнаружили, что в ходе их исследования активен грибковый ген, напоминающий ген, известный как «egt» (который встречается у некоторых зомби-вирусов). Эти вирусы, такие как E. muscae, манипулируют своими хозяевами (в данном случае гусеницами), чтобы они поднялись на более высокие места и совершают ужасный акт, заставляя гусениц растворяться, высвобождая вирусные частицы внизу. Ген «egt», по-видимому, участвует в вызываемом вирусом способе лазания инфицированных гусениц. Ученым теперь интересно, имеет ли этот ген «egt» у E. muscae решающее значение для стимулирования лазания у пораженных мух.
В новой разработке как исследовательская работа Де Файна Лихта, так и исследование Калифорнийского университета в Беркли, соавтором которого является Эля, предполагают, что гриб E. muscae не может действовать независимо. Похоже, что этот грибок может быть заражен вирусом, паразитируя одновременно на домашних и плодовых мухах. Однако еще предстоит определить, помогает ли этот вирус грибку контролировать мух.
Эля, Де Файн Лихт и другие интересуются тем, как гриб инициирует свое влияние. Одна теория предполагает, что гриб E. muscae может напрямую производить химическое вещество, которое стимулирует нейроны, ответственные за лазание мухи. Однако другая возможность заключается в том, что подавляющее присутствие гриба и возникающие в результате физиологические изменения у мухи могут привести к тому, что собственные нейроны мухи будут выделять химические вещества, инициируя этот процесс.
Доктор Де Файн Лихт очень хочет, чтобы система зомби-мух-грибов была включена в школьную программу как средство пробуждения интереса к науке среди младших школьников. Он и Эдвардс недавно поделились рекомендациями о том, как наблюдать за этим интересным грибом в лабораторных условиях. «Это могло бы побудить учителей средних школ и других людей попробовать это, если бы они были заинтересованы», — отмечает Де Файн Лихт.
Некоторые из них включают сбор трупов мух с поля и изолирование от них грибка.
«Потенциально вы могли бы занести в лабораторию несколько здоровых мух, поместив их рядом с трупом». Он находит этот метод интригующим, поскольку он может дать уникальную возможность наблюдать поведение «зомби», ограниченное небольшим пространством.
Эта статья первоначально появилась в журнале Knowable Magazine, независимом журналистском издании Annual Reviews. Подпишитесь на рассылку.
Смотрите также
- Дорога ведьм реальна? Как финал «Агаты» настраивает молодых Мстителей
- Софи Тернер отмечает 30-летие своего бойфренда Перегрина Пирсона милыми фотографиями, заполненными КПК; Смотрите здесь
- «Симпсоны» рассказали, почему мистер Бернс никогда не увольняет Гомера
- Группа ведьм AGATHA ALL ALONG прощается с шоу
- Супер/Человек – История Кристофера Рива – ОБЗОР
- Можете ли вы взломать эффект перехода на летнее время? Наука говорит да
- Сообщается, что фильм «Игра престолов» находится на ранней стадии разработки
- Планируется больший толчок к запуску большего количества игр для Xbox на платформах Nintendo и PlayStation
- Вот почему во втором сезоне «Дипломата» всего шесть серий
- Странный – ТРЕЙЛЕР
2024-11-03 23:28