Паразити можуть впливати на еволюцію на Землі, виявили вчені
Харчова мережа складається з ланцюжків організмів, які викрадають здатність інших організмів переробляти енергію.
Ми не можемо переробити сонячне світло в цукор, необхідний для отримання енергії; ми чекаємо, поки це зроблять рослини, і їмо їх. Хижі тварини не можуть належним чином перетравлювати рослини; вони чекають, поки інші тварини поїдять рослини, а потім їдять цих тварин.
Іншими словами, більшість із нас певним чином використовує інші організми, але паразити доводять цю ідею до кінця. Навіщо займатися важкою працею життя, якщо ви можете залучити іншу істоту, яка зробить це за вас? Або, ще краще, змусьте їх зробити це за вас.
Це дикий захід паразитології: коли паразит не просто причіплюється, а якимось чином захоплює тіло свого хазяїна, спонукаючи його до поведінки, яка приносить користь паразиту – часто на його власну велику, навіть смертельну, шкоду.
«У науковій літературі це називається адаптивною гіпотезою маніпуляції хазяїном», — сказав ScienceAlert паразитолог Алекс Майер з Австралійського національного університету.
«Це означає, що паразити насправді викликають модифікацію в хазяїні, що може максимізувати паразитарну хворобу. Таким чином, паразит поширюється частіше, і там більше паразитів».
Можливо, ви чули про це раніше. Одним із найвідоміших прикладів є Toxoplasma gondii , яка викликає захворювання під назвою токсоплазмоз.
Дослідження виявили, що тварини, заражені T. gondii , демонструють зміни в поведінці, більше ризикують і поводяться так, що може збільшити ймовірність зустрічі з котами – єдиним господарем, у якому паразит може розмножуватися.
Чи справді T. gondii справді маніпулює господарями, ще досліджується, але T. gondii — лише один паразит. Існує багато паразитів, які різними способами налаштовують своїх господарів… і найцікавіше те, що ми часто не маємо уявлення, як вони насправді це роблять.
Як це відбувається фізично
Паразити ведуть дуже складний і петлий спосіб життя, але, здається, він неймовірно ефективний. У той час як деякі паразити прикріплюються до одного господаря протягом усього свого життєвого циклу, іншим для завершення біологічної подорожі потрібні кілька господарів.
Ось як зазвичай працюють складніші життєві цикли. Паразит розмножується і відкладає яйця в тому, що називається остаточним господарем. Ці яйця потрапляють у навколишнє середовище, як правило, з фекаліями; потім яйця або личинки поглинаються першим проміжним господарем.
Там паразит продовжує розвиватися, а звідси може або продовжувати ріст до зрілості, або пройти шлях до другого проміжного хазяїна, щоб завершити свій ріст.
Коли він повністю виросте і буде готовий до розмноження, йому потрібно повернутися до остаточного хазяїна – часто певного типу тварин, як-от T. gondii та коти.
Ось тут і вступає в дію адаптивна маніпуляція господарем.
Найбільш очевидний спосіб, яким паразит може маніпулювати господарем, це певним чином змінити його тіло. Деякі з них вражаюче дивні.
Ribeiroia ondatrae , плоский черв’як, що мутує жабу, є плоским черв’яком, який, як вказує його назва, мутує жаб. Зокрема, здається, що він націлений на задні лапи жаби. Жаби, заражені цим паразитом, відрощують додаткові, непотрібні кінцівки – іноді їх багато .
Інший плоский черв’як, який називається Leucochloridium paradoxum (зелено-смугастий виводковий мішок), потрапляє в стеблинки очей равликів, де розбухає і пульсує, створюючи привабливий рух і колір.
В обох цих випадках кінцевою мішенню паразитів є не жаби чи равлики. І R. ondatrae, і L. paradoxum живуть і ростуть в тілах своїх проміжних господарів, але вони можуть розмножуватися лише в організмах птахів (або також ссавців для R. ondatrae ).
Отже, їхня кінцева мета полягає в тому, щоб збільшити ймовірність того, що жаби та равлики (або їхні стеблинки, у всякому разі) будуть з’їдені, захопивши з собою паразитів.
У випадку з жабами паразит знижує свою рухливість і здатність до втечі. У випадку з равликами барвистий дисплей схожий на неонову вивіску, яка говорить птахам «ЗАКУСУЙТЕ ТАКИМ ШЛЯХОМ». (Цікаво, зазначає Майєр, що очні стебла равликів відновлюються після того, як їх поїдає птах, тому той самий равлик може дати птахам багато закусок.)
У цих випадках дослідники мають уявлення про те, як паразити роблять те, що вони роблять.
Личинки R. ontradae приваблюються зачатками кінцівок своїх других проміжних господарів-амфібій; вони інсектуються навколо цієї області, де впливають на ріст кінцівок. L. paradoxum розташовується там, де він буде найбільш помітним і привабливим для хижаків.
Однак це не завжди так просто.
Це все в голові
У L. paradoxum є ще один трюк, і його трохи складніше зрозуміти. Равлики, заражені паразитом, також поводяться інакше, ніж неінфіковані равлики.
«Зелені смуги виводків також змінюють свою поведінку, а не лише морфологію», — пояснює Маєр.
«Отже, це набряк очних стеблинок і ця пульсуюча поведінка очних стеблинок. Так само вони виходять на відкриту місцевість, щоб птахи зайшли туди, а потім вони можуть відірвати ці очні стеблинки».
Ціла безліч видів паразитів пов’язані з подібною поведінкою. Pomphorhynchus laevis , шипоголовий черв’як, змінює реакцію проміжного хазяїна креветок на світло, що робить їх більш вразливими до хижацтва коропа, який є остаточним господарем.
Очеретяні жаби, заражені легеневим хробаком Rhabdias pseudosphaerocephala , прагнуть до вищих температур і вологого середовища, що збільшує ріст і виживаність паразитів відповідно.
Одним із особливо захоплюючих прикладів є Dicrocoelium dendriticum , ланцетник печінковий двуустка, яка націлена на овець і велику рогату худобу як свого остаточного господаря, але те, як вона потрапляє до овець і великої рогатої худоби, справді хитра.
Після розмноження двуустки яйця виділяються з фекаліями господаря, а потім поїдаються равликами, де вони вилуплюються та розвиваються. У цей момент вони виходять через слиз равликів, який містить цукристу речовину, яка дуже смакує мурахам.
Усередині мурахи паразит розвивається до зрілості… і звідти мураху їдять велика рогата худоба та вівці, де вона може почати життєвий цикл заново.
«Логічна помилка полягає в тому, що корова вегетаріанка. Чому вони повинні їсти мурах?» Майєр каже.
«Насправді заражені мурахи вечорами піднімаються на траву. Протягом дня вони демонструють звичайну поведінку. Вечорами, коли температура падає, зазвичай мурахи повертаються до свого гнізда. Але ці заражені мурахи піднімаються на траву. А потім, коли температура падає далі, у них виникає судома нижньої щелепи, і вони фактично замикаються на тій траві.
«Отож вони ночували на тій траві; вранці приходить корова, їсть траву і збирає тих заражених мурах».
Якимось чином паразит захоплює мураху та спонукає її до фатальної поведінки, щоб повернутися до випадкової сексуальної вечірки, яка відбувається у корів.
Ми знаємо трохи про те, як D. dendriticum може це зробити. Кілька років тому група дослідників провела комп’ютерну томографію паразитованих мурах і виявила, що хоча більшість паразитів скупчувалися в черевній порожнині, майже завжди був один одинокий паразит, розташований прямо біля мозку мурахи.
Ми досі не знаємо, що саме робить ця пілотна симуля, але вона може маніпулювати мозком мурахи, хімічно чи фізично.
Однак у багатьох випадках ми не знаємо, за які нитки смикаємо, особливо це стосується людських паразитів. Причина цього полягає в тому, що ми зазвичай покладаємося на поведінкові дані, а поведінка є складною річчю з незліченною кількістю можливих факторів, включаючи особистість. І може бути упередженість у тому, як ми вибираємо поведінкові дані для включення в дослідження.
Наприклад , когортне дослідження при народженні , опубліковане в 2016 році , виявило мало доказів на підтримку думки про те, що Toxoplasma gondii призводить до підвищеного ризику психічних розладів або підвищеної імпульсивності у людей, як це стверджувалося раніше.
Насправді остаточно не зрозуміло, що T. gondii також маніпулює гризунами. Дослідження 2013 року виявило докази непереконливими . Може бути надзвичайно важко остаточно пов’язати такі зміни з маніпуляціями з паразитами.
Можливо, господар просто поводиться по-іншому, тому що почувається хворим… знаєте, тому що у нього паразитарна інфекція.
Справа про сказ є більш переконливою. Поведінкові симптоми включають гіперактивність, безсоння та надзвичайний страх води та свіжого повітря, які вчені пов’язали з токсиноподібним нейроінгібітором , що виділяється вірусом Rabies lyssavirus .
До моменту появи симптомів сказу вже пізно щось робити; такі випадки майже завжди закінчуються летально . І ми не можемо діагностувати сказ до появи симптомів.
Хоча відомо, що відносно небагато паразитів змінюють поведінку людини, адаптивне маніпулювання хазяїном є полем, яке вимагає подальшого дослідження. Ці крихітні мандрівники справді мають величезний вплив на світ загалом.
Рушій еволюції
Битва між паразитом і господарем є свого роду еволюційною гонкою озброєнь. Паразит хоче максимізувати свої шанси дістатися до свого остаточного господаря; господар хоче звести до мінімуму свої шанси на паразитарну хворобу.
Таким чином, паразити виробляють адаптації, які допомагають їм заразити своїх господарів, а господарі у відповідь підвищують стійкість і толерантність до паразитів.
Це може мати досить цікаві наслідки. Один психолог навіть теоретично дослідив ідею про те, що еволюція людського мозку могла, принаймні частково, відбуватися під впливом паразитів .
Хоча ця ідея є суто спекулятивною, вона має деякі цікаві наслідки, такі як імітація атаки паразитів для стимулювання захисних механізмів мозку.
Це не така дивна ідея. Нещодавні дослідження показали багатообіцяюче лікування станів подразненого кишківника, таких як целіакія та хвороба Крона, за допомогою паразитичних черв’яків, які живуть у кишківнику, відоме як терапія від гельмінтів.
Пацієнти з целіакією продемонстрували значне підвищення толерантності до глютену після зараження анкілостомадами , а пацієнти з хворобою Крона, які отримували лікування глистами, часто перебувають у стані ремісії .
Це аутоімунні стани, і реакція на зараження паразитами свідчить про одну потенційну причину цього, каже Майєр.
«За останні 50 років деякі частини людської раси виросли в гігієнічному середовищі – це гігієнічна гіпотеза », – пояснює він.
«І та частина нашої імунної системи, яка зазвичай боролася з цими глистими паразитами, зараз простоює. Їй нічого робити. І в деяких людей вона починає атакувати власні тканини».
Паразитизм змушує як господарів, так і паразитів диверсифікуватися, входити в нові екологічні ніші, адаптуватися. Популяції тварин з паразитами мають більшу генетичну різноманітність, тому що це обмежує успіх паразитів .
Якщо ми зможемо пов’язати поведінку паразитів з нашими власними еволюційними адаптаціями, це може мати певні наслідки для того, як ми лікуємо або навіть запобігаємо деяким формам захворювань.
Крім того, паразити, які здатні маніпулювати своїми господарями, дають нам підказки до розуміння їхньої біології. Зміна нейромедіатора, наприклад, як це робить сказ, допомагає нам дізнатися, як цей нейромедіатор працює.
Ми маємо тенденцію думати про паразитів з огидою та відразою, але з цими пустуючими організмами відбувається набагато більше, ніж пульсуючі стеблинки очей, якими б яскравими та привабливими вони не були.
Можливо, ідея адаптивного маніпулювання господарем відкриває всілякі філософські питання про податливість нашої власної ідентичності, але, можливо, наші крихітні пасажири також рухають усіх нас вперед і вгору до більших речей.
