Ученые выяснили, как паразитические черви, манипулируют поведением своего хозяина

Авторы нового исследования обнаружили странную черту волосатых червей, типа паразитических червей, известных тем, что они манипулируют поведением своего хозяина. Исследование показало, что волосяным червям не хватает около 30% генов, в основном ответственных за развитие ресничек.

Реснички, похожие на волосы структуры, присутствуют в клетках всех известных видов животных. Эта недостающая генетическая информация добавляет странности волосяным червям и ставит новые вопросы об их эволюции.

Актуальность исследования

В мире, полном причудливых животных, волосатые черви — одни из самых странных: паразитические черви, которые манипулируют поведением своих хозяев с помощью того, что иногда называют «контролем над разумом».

Авторы нового исследования, опубликованного в научном журнале Current Biology, выявили еще одну странную черту, присущую разным видам волосатых червей: им не хватает около 30 % генов, которые, как ожидали исследователи, у них должны быть.

Более того, отсутствующие гены ответственны за развитие ресничек, волосоподобных структур, присутствующих по крайней мере в некоторых клетках любого другого известного животного.

Волосяные черви встречаются по всему миру, и они выглядят как тонкие нити спагетти, длиной в 5 см. Их простые тела намекают на их паразитический образ жизни — у них нет выделительной, дыхательной и кровеносной систем, и они почти всю жизнь проводят внутри тел других животных.

«Одна из самых крутых вещей, а может быть, то, чем они наиболее известны, — это то, что они могут влиять на поведение своих хозяев и заставлять их делать то, что они в противном случае не стали бы делать», — комментирует Тауана Кунья (Tauana Cunha).

Существует несколько сотен видов пресноводных волосатых червей. Их яйца вылупляются в воде, и личинки волосатых червей поедаются крошечными водными хищниками, такими как личинки поденок, которых, в свою очередь, поедают более крупные наземные хищники.

Достигнув зрелого возраста внутри тел своих новых хозяев, волосатые черви манипулируют поведением хозяев, заставляя их прыгать в воду. Там черви выплывают из заднего прохода своих хозяев и ищут себе пару, связываясь вместе, чтобы начать цикл заново.

(Есть также пять видов волосатых червей, которые живут в морской среде и паразитируют на обитающих в воде существах, таких как лобстеры, но неясно, обладают ли они также способностью манипулировать хозяином — черви не вынуждены возвращаться в воду, поскольку уже живут там)

Каким бы странным ни было поведение волосатых червей, исследовательский интерес Куньи к животным больше связан с их ДНК.

«Мы решили секвенировать их геномы, поскольку никогда раньше не секвенировали на таком уровне», — объясняет автор исследования. «Цель состояла в том, чтобы создать эти геномы и в конечном итоге использовать их для понимания эволюционных отношений между волосяными червями и другими видами животных».

Материалы и результаты исследования

Ученые взяли образцы ДНК двух видов волосатых червей — одного пресноводного и одного морского — и секвенировали их. Но когда учёные сравнили генетические коды волосатых червей с кодами других животных, то обнаружили нечто поразительное.

«Мы обнаружили, что было очень неожиданно, в геномах волосатых червей отсутствовали около 30% набора генов, которые, как ожидается, будут присутствовать практически во всех группах животных», — объясняет Кунья.

Подобные результаты часто заставляют ученых задуматься, не ошиблись ли они. Но между отсутствующими генами у двух видов червей была связь.

«Подавляющее большинство отсутствующих генов были абсолютно одинаковыми у двух видов. Это было просто неправдоподобно случайно», — комментирует Кунья.

Изучив, за какие функции отвечают эти отсутствующие гены у других групп животных, Кунья с соавторами пришли к выводу, что они дают инструкции по производству ресничек.

«Реснички — это органеллы, небольшие структуры на клеточном уровне, которые в основном присутствуют у всех животных и даже в более широком смысле у простейших, некоторых растений и грибов. Таким образом, они присутствуют в самых разных формах жизни на Земле», — объясняет Кунья.

Реснички присутствуют во многих клетках человеческого тела: например, хвосты сперматозоидов — это реснички, и клетки сетчатки наших глаз тоже имеют реснички.

Ранее ученые обнаружили, что у волосатых червей отсутствуют реснички там, где они обычно находятся. Например, сперматозоиды волосатых червей не имеют хвостов. Но хотя никто никогда не видел реснитчатую клетку волосатого червя, это не считалось окончательным доказательством того, что у них их нет. Трудно что-то доказать отрицательными доказательствами.

«Без геномов потребовалось бы изучение всех клеток на всех стадиях жизни у всех видов», — комментирует Бруно де Медейрос, куратор отдела насекомых-опылителей в Полевом музее и соавтор статьи.

«Теперь с геномами мы увидели, что им на самом деле не хватает генов, которые производят реснички как у других животных — у них вообще нет механизма для производства ресничек», — добавляет Кунья.

Более того, тот факт, что и пресноводные, и морские виды волосатых червей утратили гены ресничек, указывает на то, что это эволюционное изменение произошло в глубоком прошлом у общего предка двух видов.

«Вполне вероятно, что потеря произошла на раннем этапе эволюции группы, и они просто продолжали в том же духе», — считает Кунья.

Находка открывает двери для нескольких новых вопросов. Неясно, как отсутствие ресничек повлияло на волосяных червей, и может ли паразитическое поведение волосяных червей быть связано с отсутствием ресничек.

«Существует множество других паразитических организмов, у которых отсутствуют эти специфические гены, поэтому мы не можем сказать, что гены отсутствуют из-за их паразитического образа жизни», — добавляет Кунья. «Но у паразитических организмов в целом часто отсутствует множество генов. Предполагается, что, поскольку паразиты не используют определенные структуры и вместо этого полагаются на своих хозяев, они в конечном итоге теряют эти структуры».

Волосяные черви — не единственные паразиты, способные «контролировать разум». Это поведение характерно для простейших, таких как микроорганизм, ответственный за токсоплазмоз, который снижает страх грызунов перед кошками, а также для грибка Ophiocordyceps, прославившегося благодаря видеоигре и Телевизионному шоу «Последние из нас», в котором муравьями манипулируют, чтобы распространять споры грибка.

Хотя эти организмы лишь отдаленно связаны с волосяными червями, Кунья считает, что новое исследование может помочь ученым найти общие черты того, как работает это поведение.

«Проводя этот сравнительный анализ организмов в будущем, мы могли бы найти сходство. Или, может быть, эти организмы развили сходное поведение совершенно разными способами», — заключает Кунья.

Авторы другого исследования утверждают, что кишечные паразиты увеличивают передачу респираторных инфекций