Волшебные опята: муравьи-зомби и генетика глюков
Ещё научные тайны природы
Грибы управляют муравьями, минуя мозг
Биология, биотехнологии
Представьте, что паразит вторгся в ваше тело, захватил ваши мышцы и затем полностью перехватил управление вашим поведением, превратив вас в марионетку из мяса и костей. Это всё может звучать как сюжет фильма ужасов, но в природе такие паразиты действительно встречаются. ©
Муравей, погибший из-за гриба-паразита. На снимке хорошо видны спороносные части гриба
К счастью, для людей они безопасны, так как поражают только насекомых, преимущественно муравьёв. Новое исследование раскрыло механизм, с помощью которого грибы-паразиты управляют муравьями.
«Гриб, превращающий муравьёв в зомби», кордицепс однобокий, по-латински - Ophiocordyceps unilateralis, - паразит, встречающийся преимущественно в тропических лесах. Впервые описан в 1859 г. британским натуралистом Альфредом Расселом Уоллесом (Alfred Russel Wallace).
После того, как паразит инфицирует муравья-древоточца, он начинает управлять телом насекомого, побуждая его подняться повыше. Нередко гриб заставляет жертву вгрызться в стебель или в поверхность листа, где животное и погибает. На протяжении 10 дней паразит продолжает развиваться в мёртвом теле муравья, а затем спороносная часть гриба прорастает сквозь трупик жертвы (чаще всего через голову) и начинает распространять смертельно опасные споры, заражая новых насекомых.
Ужасно, конечно, но ничего нового - о существовании гриба, способного контролировать поведение муравьёв-древоточцев, учёным давно известно. Однако раньше - до недавней публикации, появившейся в издании Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), считалось, что гриб-паразит управляет жертвой, используя её мозг. Теперь же исследователям удалось установить, что на самом деле гриб окружает мышечные волокна муравья, а не его нервную систему.
Группа исследователей из Университета штата Пенсильвания (The Pennsylvania State University) под руководством Дэвида Хьюза (David Hughes) в своей работе использовала электронную микроскопию и 3D-моделирование. Учёным удалось установить, что клетки гриба-паразита соединяются между собой, формируя особую сеть, которая и управляет движениями муравья.
Для дальнейшего изучения и анализа полученных данных исследователи использовали искусственный интеллект и технологии машинного обучения.
В результате они обнаружили, что гриб способен управлять движениями головы, груди, живота и ног муравья-древоточца, не проникая в его мозг.
«Эти наблюдения меняют сложившиеся представления о фенотипических особенностях паразитических грибов. Исследование показало, что паразит может управлять поведением организма хозяина, не проникая в мозг насекомого. Кроме того, работа продемонстрировала, что клетки паразита могут взаимодействовать между собой, чтобы изменить поведение хозяина», - сообщается в статье.
«Фактически, эти манипулируемые животные были грибами в «костюмах» муравьёв», - добавляет Дэвид Хьюз.
Другая статья, опубликованная в PLOS One энтомологом Кариссой де Беккер (Charissa de Bekker) из Университета Центральной Флориды (University of Central Florida), описывает «биологические часы» паразитов. Беккер обнаружила, что гриб активирует определённые гены днём и другие - ночью, предположительно, для того, чтобы более аккуратно управлять инфицированным муравьём. Хотя результаты этих исследований больше похожи на сюжет фильма ужасов, чем на научную работу, в действительности они обладают прикладной ценностью.
«Это поможет нам лучше разобраться с механизмами, лежащими в основе важнейших взаимодействий «паразит-хозяин», - заключает Беккер. - А такое понимание, в свою очередь, будет способствовать разработке более эффективных стратегий биологического контроля популяций насекомых».
Кроме того, хотя ни один паразитический гриб (к счастью) не эволюционировал таким образом, чтобы начать «перехватывать» управление человеческим организмом, изучение грибов-паразитов может быть полезным и для медицины. Дело в том, что при некоторых заболеваниях у пациентов нарушается связь между мозгом и мышцами. И создание искусственных «паразитов», управляющих скелетной мускулатурой, могло бы помочь таким больным избавиться от паралича и восстановить подвижность.
Галлюциногенный гриб псилоцибе синеющая (Psilocybe cyanescens)
Учёные объяснили появление и значение галлюциногенных свойств грибов
Биология, биотехнологии
Исследователи из США изучили три вида грибов и пришли к выводу, что они получили галлюциногенные свойства благодаря горизонтальному переносу генов. Полезной эта черта оказалась тем, что вызывающие галлюцинации у людей вещества подавляют аппетит у насекомых, которые питаются грибами. ©
Исследовательская группа из Университета штата Огайо (Ohio State University) исследовала гены трёх относительно далеких друг от друга видов галлюциногенных грибов. Выбор был продиктован тем, что все три из них вызывают галлюцинации благодаря одному и тому же веществу - псилоцибину. Исследование помогло выявить пять генов, которые отвечают за выработку этого вещества. По мнению учёных, свои специфические свойства далёкие друг от друга виды получили благодаря так называемому горизонтальному переносу генов.
Для исследования учёные выбрали псилоцибе синеющую, панеолус синеющий и гимнопил сосновый, имеющие сходные галлюциногенные свойства, но не являющиеся близкими родственниками (для сравнения исследователи взяли галерину окаймлённую и ложноопёнок кирпично-красный, более близкие, чем изученные «волшебные грибы», но не вызывающие галлюцинации). Оказалось, что галлюциногенные грибы имеют один и тот же генный кластер, который отвечает за выработку псилоцибина.
Согласно работе, в этом случае учёным не удалось обнаружить достаточных подтверждений вертикального переноса. Это значит, что привычный вариант передачи генетической информации - от предков к потомкам - в данном случае кажется маловероятным. Горизонтальный перенос генов, то есть передача генетического материала от одной взрослой особи другой, считается малохарактерным для эукариот, отмечается в публикации. Однако авторы склоняются к тому, что именно таким образом изученные грибы получили способность вырабатывать псилоцибин.
По словам участвовавшего в исследовании Джейсона СлотаСлота (Jason Slot), один из вопросов, который поставили перед собой учёные, - это в чём эволюционный смысл распространения способности грибов вызывать галлюцинации у людей. Общий вывод исследовательской группы сводится к тому, что дело не в галлюцинациях, а в том, что псилоцибин повышает шансы грибов на выживание. Это вещество известно тем, что снижает аппетит у насекомых, которые питаются изученными грибами.
Те виды грибов, которые учёные выбрали для своей работы, растут в схожей среде - там, где имеются экскременты животных или гнилая древесина. В частности благодаря этому относительно далёкие друг от друга виды могли обрести один и тот же механизм защиты.
_______
По материалам CNet | PNAS | PLOS | OhioStateNews
Подготовка материала Анна Керман / Елена Смотрова
«XXII ВЕК», 28 февраля - 1 марта 2018
Грибы управляют муравьями, минуя мозг
Биология, биотехнологии
Представьте, что паразит вторгся в ваше тело, захватил ваши мышцы и затем полностью перехватил управление вашим поведением, превратив вас в марионетку из мяса и костей. Это всё может звучать как сюжет фильма ужасов, но в природе такие паразиты действительно встречаются. ©
Муравей, погибший из-за гриба-паразита. На снимке хорошо видны спороносные части гриба
К счастью, для людей они безопасны, так как поражают только насекомых, преимущественно муравьёв. Новое исследование раскрыло механизм, с помощью которого грибы-паразиты управляют муравьями.
«Гриб, превращающий муравьёв в зомби», кордицепс однобокий, по-латински - Ophiocordyceps unilateralis, - паразит, встречающийся преимущественно в тропических лесах. Впервые описан в 1859 г. британским натуралистом Альфредом Расселом Уоллесом (Alfred Russel Wallace).
После того, как паразит инфицирует муравья-древоточца, он начинает управлять телом насекомого, побуждая его подняться повыше. Нередко гриб заставляет жертву вгрызться в стебель или в поверхность листа, где животное и погибает. На протяжении 10 дней паразит продолжает развиваться в мёртвом теле муравья, а затем спороносная часть гриба прорастает сквозь трупик жертвы (чаще всего через голову) и начинает распространять смертельно опасные споры, заражая новых насекомых.
Ужасно, конечно, но ничего нового - о существовании гриба, способного контролировать поведение муравьёв-древоточцев, учёным давно известно. Однако раньше - до недавней публикации, появившейся в издании Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), считалось, что гриб-паразит управляет жертвой, используя её мозг. Теперь же исследователям удалось установить, что на самом деле гриб окружает мышечные волокна муравья, а не его нервную систему.
Группа исследователей из Университета штата Пенсильвания (The Pennsylvania State University) под руководством Дэвида Хьюза (David Hughes) в своей работе использовала электронную микроскопию и 3D-моделирование. Учёным удалось установить, что клетки гриба-паразита соединяются между собой, формируя особую сеть, которая и управляет движениями муравья.
Для дальнейшего изучения и анализа полученных данных исследователи использовали искусственный интеллект и технологии машинного обучения.
В результате они обнаружили, что гриб способен управлять движениями головы, груди, живота и ног муравья-древоточца, не проникая в его мозг.
«Эти наблюдения меняют сложившиеся представления о фенотипических особенностях паразитических грибов. Исследование показало, что паразит может управлять поведением организма хозяина, не проникая в мозг насекомого. Кроме того, работа продемонстрировала, что клетки паразита могут взаимодействовать между собой, чтобы изменить поведение хозяина», - сообщается в статье.
«Фактически, эти манипулируемые животные были грибами в «костюмах» муравьёв», - добавляет Дэвид Хьюз.
Другая статья, опубликованная в PLOS One энтомологом Кариссой де Беккер (Charissa de Bekker) из Университета Центральной Флориды (University of Central Florida), описывает «биологические часы» паразитов. Беккер обнаружила, что гриб активирует определённые гены днём и другие - ночью, предположительно, для того, чтобы более аккуратно управлять инфицированным муравьём. Хотя результаты этих исследований больше похожи на сюжет фильма ужасов, чем на научную работу, в действительности они обладают прикладной ценностью.
«Это поможет нам лучше разобраться с механизмами, лежащими в основе важнейших взаимодействий «паразит-хозяин», - заключает Беккер. - А такое понимание, в свою очередь, будет способствовать разработке более эффективных стратегий биологического контроля популяций насекомых».
Кроме того, хотя ни один паразитический гриб (к счастью) не эволюционировал таким образом, чтобы начать «перехватывать» управление человеческим организмом, изучение грибов-паразитов может быть полезным и для медицины. Дело в том, что при некоторых заболеваниях у пациентов нарушается связь между мозгом и мышцами. И создание искусственных «паразитов», управляющих скелетной мускулатурой, могло бы помочь таким больным избавиться от паралича и восстановить подвижность.
Галлюциногенный гриб псилоцибе синеющая (Psilocybe cyanescens)
Учёные объяснили появление и значение галлюциногенных свойств грибов
Биология, биотехнологии
Исследователи из США изучили три вида грибов и пришли к выводу, что они получили галлюциногенные свойства благодаря горизонтальному переносу генов. Полезной эта черта оказалась тем, что вызывающие галлюцинации у людей вещества подавляют аппетит у насекомых, которые питаются грибами. ©
Исследовательская группа из Университета штата Огайо (Ohio State University) исследовала гены трёх относительно далеких друг от друга видов галлюциногенных грибов. Выбор был продиктован тем, что все три из них вызывают галлюцинации благодаря одному и тому же веществу - псилоцибину. Исследование помогло выявить пять генов, которые отвечают за выработку этого вещества. По мнению учёных, свои специфические свойства далёкие друг от друга виды получили благодаря так называемому горизонтальному переносу генов.
Для исследования учёные выбрали псилоцибе синеющую, панеолус синеющий и гимнопил сосновый, имеющие сходные галлюциногенные свойства, но не являющиеся близкими родственниками (для сравнения исследователи взяли галерину окаймлённую и ложноопёнок кирпично-красный, более близкие, чем изученные «волшебные грибы», но не вызывающие галлюцинации). Оказалось, что галлюциногенные грибы имеют один и тот же генный кластер, который отвечает за выработку псилоцибина.
Согласно работе, в этом случае учёным не удалось обнаружить достаточных подтверждений вертикального переноса. Это значит, что привычный вариант передачи генетической информации - от предков к потомкам - в данном случае кажется маловероятным. Горизонтальный перенос генов, то есть передача генетического материала от одной взрослой особи другой, считается малохарактерным для эукариот, отмечается в публикации. Однако авторы склоняются к тому, что именно таким образом изученные грибы получили способность вырабатывать псилоцибин.
По словам участвовавшего в исследовании Джейсона СлотаСлота (Jason Slot), один из вопросов, который поставили перед собой учёные, - это в чём эволюционный смысл распространения способности грибов вызывать галлюцинации у людей. Общий вывод исследовательской группы сводится к тому, что дело не в галлюцинациях, а в том, что псилоцибин повышает шансы грибов на выживание. Это вещество известно тем, что снижает аппетит у насекомых, которые питаются изученными грибами.
Те виды грибов, которые учёные выбрали для своей работы, растут в схожей среде - там, где имеются экскременты животных или гнилая древесина. В частности благодаря этому относительно далёкие друг от друга виды могли обрести один и тот же механизм защиты.
_______
По материалам CNet | PNAS | PLOS | OhioStateNews
Подготовка материала Анна Керман / Елена Смотрова
«XXII ВЕК», 28 февраля - 1 марта 2018